DERECHOS RESERVADOS

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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE QUÍMICA
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DERECH
DETERMINACION DE LA CAPACIDAD MAXIMA DEL SISTEMA DE
AGUA DE ENFRIAMIENTO DE LA PLANTA PVC II
DE “EL TABLAZO”
Trabajo Especial de Grado presentado como requisito para optar al título de
Ingeniero Químico
AUTORES
Br. Lugo M, Karina A.
Br. Meléndez V. Andreina de la R.
TUTOR ACADÉMICO
Prof. Martínez Humberto
Maracaibo, Septiembre de 2007
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE QUÍMICA
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DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD MAXIMA DEL SISTEMA DE
AGUA DE ENFRIAMIENTO DE LA PLANTA PVC II DE “EL TABLAZO”
Trabajo Especial de Grado presentado como requisito para optar al título de
Ingeniero Químico
Autores
Br. Lugo M, Karina A.
Br. Meléndez V, Andreina de la R.
Tutor Académico
Prof. Martínez Humberto
DETERMINACION DE LA CAPACIDAD MAXIMA DEL SISTEMA DE AGUA
DE ENFRIAMIENTO DE LA PLANTA PVC II DE “EL TABLAZO”
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Molina Lugo, Karina Alexandra
Meléndez Valero, Andreina de la Rosa
C.I: 17.500.814
C.I. 16.352.012
Teléfono (0261) 7831065
Teléfono: (0261) 7424092
[email protected]
[email protected]
Humberto Martínez
Tutor Académico
Este jurado aprueba el Trabajo Especial de Grado titulado “DETERMINACION
DE LA CAPACIDAD MAXIMA DEL SISTEMA DE AGUA DE ENFRIAMIENTO
DE LA PLANTA PVC II DE “EL TABLAZO” ” presentado por la Bachilleres,
Lugo Molina, Karina Alexandra, C.I. 17.500.814 y Meléndez Valero, Andreina de
la Rosa, C.I. 16352012, para optar al título de Ingeniero Químico.
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JURADO EXAMINADOR
______________________
Ing. Humberto Martínez
C.I. 3.112.555
Tutor Académico
Ing. Mónica Molero
Ing. Antonio de Turris
C.I. 12.440.602
C.I. 10.548.426
Jurado
Jurado
Ing. Oscar Urdaneta.
Ing. José Francisco Bohórquez
C.I. 4.520.200
C.I. 3.379.454
Dir. Escuela de Ing. Química
Decano de la Facultad de Ingeniería.
Dedicatoria
Que recuerdos pasan por mi mente en este momento, numerosas
alegrías, así como nostalgias, no encuentro palabras para expresar lo feliz que
me siento al llegar a este momento soñado tantas veces.
Tropiezos encontré en mi camino por llegar a esta meta, los cuales en
OS
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ES lograr mi meta graduarme de
dieron confianza en mi misma
paraRavanzar,
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E que adoro, allá afuera me espera un mundo lleno de
DERcarrera
Ingeniero Químico
vez de hacerme desistir y pensar que no podía me hicieron más fuerte, me
muchas experiencias, un mundo el cual me va a dar las herramientas
necesarias para seguir alcanzando las cosas que me proponga, solo basta
tener la seguridad, tenacidad y ganas de enfrentarlo sin miedo.
Así pues este trabajo va dedicado a Mi Padre, mi amigo el cual
siempre me ha brindado su apoyo y palabras de aliento en los momentos que
más lo necesite, su comprensión en mis fracasos.
A mi Madre, por ser más que una madre, por ser mi amiga, mi
compañera de lucha en todas mis metas.
A mis Hermanos, por apoyarme en todo lo que hago, comprenderme,
darme consejos y ser mis mejores amigos. A mi Sobrino bello, por llenar de
alegría mis días.
A la familia Bracho y Angarita Bracho por ser mi otra gran familia
aquí en Maracaibo, por su apoyo, por estar conmigo en mis momentos de
felicidad.
Karina Lugo
V
Dedicatoria
Siempre se ha dicho que el Tiempo de Dios es perfecto, su voluntad ha
de cumplirse
para cada uno de nosotros cuando
él así lo disponga, por
haberme enseñado eso y por hacerme la mujer que soy hoy, quiero dedicarle,
en primer lugar, este proyecto de investigación que es el reflejo de mi más
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grande sueño.
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A mis Padres, Alfredo e Irma, por haberme apoyado cada segundo,
cada día y cada año que pasé dedicada a mis estudios, este logro es de
ustedes y para ustedes porque se que lo merecen y que al alcanzar esta meta
también la están alcanzando ustedes. A partir de hoy inicio un nuevo camino,
quizás más complicado que el que ya transité, solo les pido que al igual que
hasta hoy, me acompañen con su motivación, confianza y protección.
Las
cosas difíciles de la vida, son las que nos hacen fuertes, pero la fortaleza
siempre viene acompañada, sin ustedes no estaría aquí y nada de lo que e
alcanzado hasta ahora seria posible.
A mi adorado sobrino Alfredo Daniel, quien a pesar del poco tiempo que
tiene en este mundo ha llenado mi vida de alegría con sus dulces sonrisas. A él
porque se convirtió en uno de los mejores regalos que me a dado la vida y
porque sé que su futuro será dichoso y que con la ayuda de Dios nuestro señor
se convertirá en un gran hombre capaz de lograr lo que yo estoy logrando hoy y
mucho más.
A todas aquellas personas que como yo, hicieron de su vida una
constante carrera de ingenio, ciencia, inteligencia y
corazón,
a todos los
Ingenieros Químicos que son…. Ingenieros de vida.
Andreina Meléndez
VI
Agradecimientos
En momentos como estos cuando empezamos a recordar desde nuestro
primer día en la universidad, nuestro primer fracaso, alegría, la primera persona
a la que saludamos nos damos cuenta quienes son los que han dejado huellas
en nuestro corazón y en nuestra vida, recordamos los que siempre han estado
allí ayudándonos, apoyándonos y dándonos palabras de aliento para que
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podamos lograr nuestras metas.
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Gracias a esas personas he podido llegar en donde estoy así que nada
más me queda que darle las gracias por tan incondicional ayuda.
Al Ingeniero Humberto Martínez, mi tutor académico, mi profesor,
mi amigo el cual me ha ayudo de manera desinterada a convertirme en una
profesional, sus consejos y apoyo en todo momento.
Al Ingeniero Oscar Urdaneta, Director de Escuela, Gracias por tus
palabras, tus consejos y tú amistad.
A mi amigo Simón, gracias por estar en los momentos difíciles, cuando
siempre te necesite, por tu apoyo, tus palabras…..Amigo eres lo Máximo.
A Andreina, mi compañera de tesis y amiga, gracias por estar hay en
todo momento, por tu apoyo, ayuda y alegría. Logramos aprender que con
optimismo, seguridad, constancia podemos alcanzar lo que nos propongamos.
Amiga lo logramos!!!.
A Humberto Martínez (Hijo), gracias por tu apoyo incondicional, por
pasar horas con nosotras ayudándonos a alcanzar nuestra meta. No sabes lo
VII
feliz que me siento de haber conocido a una persona como tu, aunque de tal
padre no se podía esperar menos.
A Pedro Perdomo, compañero gracias sin su ayuda no hubiésemos
podido culminar nuestro trabajo de grado.
A Mauro Urdaneta, gracias por ayudarme a prepararme y aprender
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siempre un poco más de lo que me enseñaban y por tus palabras.
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A todas las personas que me brindaron su apoyo, y a las que no también
porque gracias a ellas pude crecer como persona.
Solo les digo no dejen que cualquier tropiezo en el camino les haga creer
que no van a poder llegar!, solo falta un poco de optimismo pensar siempre en
que si se puede para que vean que todo girara en base a ese pensamiento y se
convertirá en realidad, pero sobretodo hay que ser alegres, sonreír para que la
vida nos responda de igual manera.
Muchas Gracias A Todos…
Karina Lugo
VIII
Agradecimiento
A Dios, por haberme dado
salud, fuerza, talento y
paciencia para
terminar con éxito la que fue mi mejor carrera en la vida. Por ser la base de mi
existencia, mi guía y mi eterna esperanza. A la virgencita de Chiquinquirá por
ser mi madre celestial y por escucharme cada vez que la necesité.
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A mi Mama, por ser la mejor madre
ESque haya podido tener, se que no e
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REfeliz como quisiera pero cada una de mis alegrías es su
podido hacerla
DEtan
alegría también. Por todos sus cuidados, sus oraciones, sus preocupaciones,
por confiar siempre en mi capacidad de que hoy estaría alcanzando esta meta.
A mi Papa, porque a pesar de que sus palabras son pocas, siempre a
querido lo mejor para mis hermanos y para mi, por todos los esfuerzos que ha
hecho para brindarme el futuro que yo quería y porque sus respuestas de
apoyo fueron siempre positivas.
A mis Hermanos, Aleima y Alfredo, por todos los días que me
colaboraron con su tiempo trasladándome para que pudiera realizar mis labores
de estudio.
Al Profesor Humberto Martínez, por ser mi maestro, guía y un gran
ejemplo de profesionalismo. Por todos sus esfuerzos para que este proyecto se
hiciera realidad y por ser más que un profesor, un amigo.
Al Profesor Oscar Urdaneta por brindarme su confianza, por creer en
mis capacidades y por el apoyo que siempre me brindo durante toda mi carrera
en la Escuela de Ingeniería Química.
IX
A mi inseparable amiga y compañera de estudios, Carolina Colmenárez,
por haber compartido conmigo a lo largo de toda mi carrera, por enseñarme que
la lucha se hace más fácil cuando es compartida y por haber sido siempre una
excelente e incondicional amiga.
A mi compañera de Tesis, Karina Lugo, por haber compartido conmigo
la realización de este proyecto, porque con su entusiasmo y alegría, aprendí
OS
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Econflictiva.
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situación se torna más agradable
y menos
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DERE
que por muy tenso que sea el trabajo, si se hace con disposición y aptitud la
A todos mis buenos Amigos de la Escuela de Ingeniería Química, a
quienes no me atrevo a nombrar para no calificarme como selectiva. A los que
conocí en mi primer día de clase y a los que recién tuve la oportunidad de
conocer en mis últimos semestres. Muchachos, gracias por todos los momentos
maravillosos que me regalaron, por brindarme su apoyo, su confianza y su
amistad.
A la Universidad Rafael
Urdaneta en especial a la Facultad de
Ingeniería, por facilitarme las herramientas básicas que me forman hoy en día
como profesional en la rama de Ingeniería Química y por tener a mi disposición
los mejores profesores e instructores, de quienes mes llevo innumerables e
invaluables conocimientos.
A todos, estas palabras no bastan para demostrarle mi agradecimiento,
sin embargo… Un Millón de Gracias y que Dios los Bendiga.
Andreina Meléndez
X
LUGO M, KARINA A. Y
MELÉNDEZ V, ANDREINA DE LA R.
“DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD MÁXIMA DEL SISTEMA DE AGUA
DE ENFRIAMIENTO DE LA PLANTA PVC II DE EL “TABLAZO” ”. MaracaiboVenezuela. Universidad Rafael Urdaneta, Facultad de Ingeniería, Escuela de
Química, 2007.
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CHOSRESUMEN
DERE
La presente investigación tiene por objetivo determinar la capacidad máxima del
sistema de agua de enfriamiento de la planta PVC II ubicada en el Complejo
Petroquímico El Tablazo, empleando la simulación de procesos como
herramienta para evaluar hidráulicamente la red de tuberías del sistema. El
paquete seleccionado para realizar las simulaciones requeridas por el proyecto
fue PIPEPHASE 9.1, con éstas fue posible la creación de un modelo del
sistema de tuberías de suministro y retorno, el cual se evaluó hidráulicamente
en base a la capacidad actual del sistema, verificando con esto que el mismo se
comporta en conformidad con las especificaciones estipuladas para el servicio
ya que cubre eficientemente los requerimientos actuales de todos sus usuarios,
suministrando un caudal de 3328.1 m3/hr a una presión de 4.1539 kg/cm2 con
una velocidad de 2.80 m/s. Una vez verificado que el sistema mantiene su
comportamiento hidráulico, se realizaron cambios al modelo a fin de evaluar
hidráulicamente el sistema a máxima capacidad de operación, es decir, con la
adición de un sexto Polimerizador, manteniendo constante los requerimientos
de los usuarios restantes. Como resultado de esta simulación se obtuvo que el
sistema está en capacidad de manejar un flujo máximo de 3658.2 m3/hr bajo
una presión de descarga de 4.1574 kg/cm2 y una velocidad de 3.12 m/s.
Considerando que el flujo a ser requerido por el paquete de seis
polimerizadores es de 1660 m3/hr, es posible afirmar que es factible la
instalación del sexto polimerizador ya que el sistema de agua de enfriamiento
con el que cuenta la planta actualmente se encuentra en capacidad de soportar
el incremento de flujo que generaría la adición de este nuevo usuario.
Palabras Claves: Simulación, Policloruro de vinilo, polimerizador, evaluación
hidráulica.
XI
LUGO M., KARINA A. Y MELÉNDEZ V., ANDREINA DE LA R. “MAXIMUN
WEIGHT DETERMINATION OF THE EL TABLAZO PCV II PLANT WATER
COOLING SISTEM”. Maracaibo. Rafael Urdaneta University, Engeneering
Faculty, Chemical Engeneering School, 2007.
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ABSTRACT
DERECH
The present investigation’s goal is to determine the maximum goal weight
determination of the PVC II Plant’s water cooling system, located in the El
Tablazo Petrochemical Complex, using a process simulation as a tool, to
hydraulically evaluate the pipe system network. The software selected to run the
project’s requested simulation was PIPEPHASE 9.1, with this software, was
possible the creation of a supply and retour pipe system model, which was
hydraulically tested on base of the actual system capacity, verifying this way that
the system acts according with the stipulated requirements to serve, for it covers
efficiently the actual requirements of all users, supplying a (rate) of 3328.1 m³/hr,
up to a 4.1539 kg/cm² of pressure, and a velocity of 2.80 m/s. Once verify that
the system maintains its hydraulics behavior, some changes were made to the
model, to hydraulically evaluate the system at its maximum operation capacity,
this to say, with the addition of a sixth, constantly maintaining the rest of the
users requirements. As a result of this simulation was obtained that the system
is in capacity of dealing with a maximum load of 3658.2 m³/hr over a download
pressure of 4.1574 kg/cm² and up to a velocity of 3.12 m/s. Considering that flux
to be required for the six (polimerizers) package is of 1660 m³/hr, is possible to
claim, that it is possible the installation of a sixth (polimerizer), because the
water cooling system which actually counts the plant is in the capacity to bear
the flux upgrade that could generate the addition of this new user.
Key Words: Simulation, polyvinyl chloride, polimerizer, hydraulic evaluation.
XII
INTRODUCCION
En las instalaciones del Complejo Petroquímico El Tablazo, ubicado en el
estado Zulia, La Industria Petroquímica de Venezuela, PEQUIVEN,
opera,
desde mediados del año 1998, una planta productora de Policloruro de Vinilo
(PVC), diseñada con la tecnología del licenciante
GEON COMPANY para
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producir 120.000 toneladas métricas anuales de PVC utilizando el proceso de
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Polimerización por Suspensión, que actualmente es el más usado a nivel
mundial.
El PVC se distingue de los demás plásticos por sus propiedades tan
ideales para diversas aplicaciones, sus usos alcanzan la rama automotriz, la
construcción, exploración espacial así como también artículos del hogar,
electrodomésticos, juguetes, botellas, cintas de embalaje, etc. Todo esto lo
hace ocupar el primer lugar dentro de los plásticos más utilizados.
En virtud de la excesiva demanda que actualmente presenta este
plástico, la Petroquímica, se ha visto en la necesidad de evaluar las
posibilidades de incrementar la capacidad de producción de PVC de su única
planta a nivel nacional, (PVC II, El Tablazo) con el propósito de dar
cumplimiento a los requerimientos de los clientes del mercado Venezolano. La
planta cuenta con cinco reactores de Polimerización, sin embargo, en la
actualidad el personal a cargo, se encuentra estudiando la alternativa de
realizar la instalación de un sexto reactor en el área de Polimerización, a
manera tal que se pueda incrementar el número de cargas que se realizan por
día de operación, elevando así la capacidad de producción de la planta.
Al proceso de Polimerización, se encuentran implícitos varios sistemas
de servicio, entre estos se tiene el Sistema de Agua de Enfriamiento, el cual
XIX
tiene un papel relevante en el proceso ya que se utiliza agua de enfriamiento
para remover el calor generado por la reacción de polimerización dentro de los
reactores. Este sistema también presta servicio a otras áreas de la planta ya
que se emplea agua de enfriamiento en la mayoría de los intercambiadores y
condensadores que operan en las instalaciones de la misma.
Basado en lo dicho anteriormente, el objetivo de la presente
OS
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S PVC II, en otras palabras, se
EPlanta
R
Sistema de Agua de Enfriamiento
de
la
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EREevaluar hidráulicamente el sistema actual de distribución
tiene comoD
finalidad,
investigación, consiste en determinar la capacidad máxima de operación del
del servicio de manera que sea posible conocer si se encuentra funcionando
dentro de las especificaciones dadas para éste y si es capaz de satisfacer la
demanda generada si se adiciona un sexto reactor como nuevo usuario de
dicho sistema.
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 presenta el planteamiento del problema, se enumeran los objetivos,
se establece la justificación del trabajo y la delimitación del área donde se llevó
a cabo la investigación. Capítulo II, aquí se presentan los Antecedentes
utilizados como apoyo, las bases teóricas que sirvieron de fundamento al tema,
la especificación de las variables de estudio y la definición de términos básicos.
Capítulo III, el cual describe el tipo de investigación y la metodología para la
elaboración de cada uno de los objetivos. Capítulo IV, donde se exponen los
resultados obtenidos así como el análisis correspondiente de cada uno de éstos
y se señalan las conclusiones y recomendaciones pertinentes con la finalidad
de plantear posibles soluciones al problema. Finalmente se presentan los
anexos y esquemas correspondientes a las simulaciones realizadas que
facilitan una mejor comprensión del trabajo elaborado.
XX
INDICE GENERAL
Página
Portada………………………………………………………………………….
I
Hoja de Presentación…………………………………………………………
II
Hoja de Firma………………………………………………………………….
III
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Dedicatoria……………………………………………………………………..
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ES
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Agradecimiento………………………………………………………………..
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Hoja de Aprobación……………………………………………………………
IV
V
VII
Resumen……………………………………................................................
XI
Abstract……………………………………................................................
XII
Índice General…………………………………………………………………
XIII
Índice de Tablas……………………………………………………………….
XVII
Índice de Figuras………………………………………………………………
XVIII
Introducción…………………………………………………………………….
XIX
CAPITULO I: El Problema
1.1.- Planteamiento del Problema…………………………………………...
22
1.2.- Formulación del Problema……………………………………………...
24
1.3.- Objetivos……………………………………………………………........
25
1.3.1.- Objetivo General………………………………………………...
25
1.3.2.- Objetivos Específicos…………………………………………...
25
1.4.- Justificación e Importancia de la Investigación………………….......
26
1.5.- Delimitación………………………………………………………………
27
1.5.1.- Delimitación Temporal………………………………………….
27
1.5.2.- Delimitación Espacial…………………………………………...
27
XIII
CAPITULO II: Marco Teórico
2.1.- Descripción de la Empresa…………………………………………….
29
2.1.1.- Actividad Económica…………………………………………....
31
2.2.- Antecedentes……………………………………………………………
32
2.3.- Bases Teóricas…………………………………………………………
37
2.3.1.- Generalidades del Policloruro de Vinilo (PVC)………………
37
2.3.1.1.- Propiedades Físicas y Químicas……………………
38
2.3.1.2.- Utilidades a Nivel Mundial……………………………
39
OS
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ESvía Suspensión………………..
2.3.1.3.- Producción
deR
PVC
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RE General de la Planta PVC II de El Tablazo……
DEDescripción
2.3.2.-
40
44
2.3.3.- Sistemas de Enfriamiento………………………………….......
46
2.3.3.1.- Tipos de Sistemas de Enfriamiento………..............
46
2.3.3.2.-
48
Componentes
Básicos
de
un
Sistema
de
Enfriamiento……………………………………………………………………
2.3.3.3.- Componentes Auxiliares de un Sistema de
56
Enfriamiento…..........................................................................................
2.3.4.- Descripción General del Sistema de Agua de Enfriamiento
59
de la Planta PVC II…………………………………………………………….
2.3.4.1.- Teoría del Proceso de Enfriamiento de la torre
60
WCT-1W………………………………………………………………………..
2.3.4.2- Características del Agua de Enfriamiento Suplida
61
por el Sistema………………………………………………………………….
2.3.4.3.- Operación de los Filtros FIL-1W/2W………………..
62
2.3.4.4.- Dosificación de Químicos de la WCT-1W…………..
63
2.3.5.- Simulación de Procesos……………………………………….
64
2.3.5.1.- Modelo se Simulación………………………………..
65
2.3.5.2.- Simulación Hidráulica de Tuberías………………….
66
2.4.- Mapa de Variables……………………………………………………..
68
XIV
CAPITULO III: Marco Metodológico
3.1.- Tipo de investigación……………………………………………………
71
3.2.- Unidad de Observación………………………………………………...
72
3.3.- Técnicas de Recolección de Datos……………………………………
72
3.4.- Fases de la Investigación……………………………………………....
73
3.4.1.- Fase I: Caracterización de los requerimientos de los
74
usuarios del sistema de agua de enfriamiento de la planta PVC II de el
OS
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A
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E
ES del sistema de agua de
3.4.2.- Fase II: Desarrollo
de R
la Simulación
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DEdeRlaEplanta PVC II de el Tablazo…………………………….
enfriamiento
76
3.4.3.- Fase III: Análisis de la Factibilidad Técnica de la adición de
86
Tablazo…………………………………………………………………………
un sexto Polimerizador a la planta PVC II de El Tablazo………………...
3.5.- Instrumentos de Medición………………………………………………
90
3.5.1.- Medidor de Presión: Manómetro………………………………
90
3.5.1.1.- Manómetros utilizados para las mediciones en el
91
campo…………………………………………………………………………..
3.5.2.-Medidor de Caudal: Medidor de Flujo volumétrico tipo
91
Coriolis………………………………………………………………………….
3.5.2.1.- Medidores de flujo utilizados para las mediciones
93
en el campo…………………………………………………………………….
3.5.3.- Medidor de temperatura: Termocupla………………………...
93
3.5.3.1.- Termocuplas utilizados para las mediciones en el
94
campo………………………………………………………………………….
3.5.4.- Programa PAI……………………………………………………
95
CAPITULO IV: Análisis de Resultados
4.1.- Fase I: Requerimientos de los usuarios del sistema de agua de
97
enfriamiento de la planta PVC II de el Tablazo……………………………
4.1.1.- Requerimientos por diseño de los usuarios…………………
99
XV
4.1.2.- Requerimientos por operación de los usuarios……………..
103
4.2.- Fase II: Simulación del sistema de agua de enfriamiento de la
105
planta PVC II de el Tablazo…………………………………………………..
4.2.1.- Levantamiento de la red de tuberías del sistema…………...
105
4.2.2.- Premisas de Simulación………………………………………..
106
4.2.3.- Simulación de la línea de suministro 82100………………….
108
4.2.4.- Simulación de la línea de retorno 82500……………………..
117
4.3.- Fase III: Análisis de la Factibilidad Técnica de la adición del Sexto
120
Conclusiones…………………………………………………………………..
128
Recomendaciones…………………………………………………………….
131
Bibliografía……………………………………………………………………..
132
Definición de términos básicos
Apéndices
135
OS
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ES
R
polimerizador…………………………………………………………………..
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Anexos
XVI
INDICE DE TABLAS
Tabla Nº 1: Propiedades Físicas del PVC………………………………………
38
Tabla Nº 2: Áreas de Operación del a planta PVC II…………………………
45
Tabla Nº 3: Características Fisicoquímicas del agua de enfriamiento………
61
Tabla Nº 4: Propiedades del Agua de Enfriamiento………………………….
61
Tabla Nº 5: Identificación de Usuarios del Sistema de Agua de
97
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S del Sistema de Agua de
Tabla Nº 6: Requerimientos
de R
losEusuarios
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DEdeRlaEplanta PVC II. Datos de Diseño……………………………
Enfriamiento
Enfriamiento de la planta PVC II de El tablazo………………………………..
99
Tabla Nº 7: Especificaciones de diseño de la WCT-1W………………………
101
Tabla Nº 8: Especificaciones de diseño de las PU-1W/2W/3W…………….
102
Tabla Nº 9: Requerimientos reales de
103
agua
de enfriamiento de los
PLY-XE……………………………………………………………………………..
Tabla Nº 10: Requerimientos reales de
agua
de enfriamiento de los
104
HE-XR…………………………………………………………………………….
Tabla Nº 11: Condiciones de operación de la Torre WCT-1W……………….
104
Tabla Nº 12: Condiciones
105
de operación de las Bombas PU-
1W/3W………………………………………………………………………………
Tabla Nº 13: Resultados de caudal y presión obtenidos para cada nodo de
111
salida o usuario del sistema……………………………………………………
Tabla 14: Resultados de presión obtenidos para cada nodo de bifurcación
112
de la línea 82100………………………………………………………………….
Tabla 15: Caídas de presión y velocidades a través de las líneas del
115
sistema…………………………………………………………………………….
Tabla Nº 16: Resultados de caudal y presión obtenidos para cada nodo de
121
salida o usuario del sistema……………………………………………………
Tabla 17: Resultados de presión obtenidos para cada nodo de bifurcación
122
de la línea 82100………………………………………………………………
XVII
INDICE DE FIGURAS
Figura Nº 1: Diagrama del proceso de producción de PVC
por
43
Suspensión……………………………………………………………………..
Figura Nº 2: Descripción de una torre de enfriamiento de Tiro Inducido..
49
Figura Nº 3: Componentes de una Bomba Centrifuga…………………….
54
Figura Nº 4: Curvas Características
55
promedio para las bombas
OS
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S archivos…………………...
R
Figura Nº 5: Ventana de Creación
de E
nuevos
S
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RE de selección “Tipo de Simulación”…………………
D6:EVentana
Figura Nº
79
Figura Nº 7: Ventana de selección “PVT data”…………………………….
80
Figura Nº 8: Ventana principal de esquematización del sistema………...
81
Figura Nº 9: Ventana de nodo de origen “Liquid Source”…………………
82
Figura Nº 10: Ventana de nodo de salida “Sink”…………………………...
83
Figura Nº 11: Ventana de accesorios de las tuberías……………………..
84
Figura Nº 12: Ventana de datos de las tuberías…………………………...
84
Figura Nº 13: Ventana “Correr simulación y ver resultados”……………..
85
Figura Nº 14: Vista externa e interna del manómetro Bourdon…………..
90
Figura Nº 15: Representación del as fuerzas del medidor Corilois………
92
Figura Nº 16: Termocupla tipo K…………………………………………….
94
Figura Nº 17: Diagrama de flujo de la línea 82100………………………...
109
Figura Nº 18: Diagrama de flujo del último tramo de la línea 82500……
118
Centrifugas……………………………………………………………………..
79
XVIII
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CAPITULO I
EL PROBLEMA
CAPITULO I: EL PROBLEMA
CAPITULO I
EL PROBLEMA
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1.1- PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
DERECH
El Policloruro de Vinilo o PVC es un polímero termoplástico. Se
presenta como un material blanco que comienza a reblandecer alrededor de
los 80°C y se descompone sobre 140°C. Cabe mencionar que es un
polímero por adición y además una resina que resulta de la Polimerización
del cloruro de vinilo o cloroeteno.
Actualmente, el PVC ocupa un lugar sobresaliente entre los materiales
plásticos presentes en la vida cotidiana. Es atóxico, leve, sólido, resistente,
impermeable, estable, no propaga llamas. El PVC rígido hoy en día, es el
mas utilizado en la fabricación de tuberías para diversos e importantes fines,
ya que este material ha reemplazado en gran medida al hierro (que se oxida
más fácilmente) es por esta razón que mas del 50% del PVC fabricado en el
mundo es utilizado en la industria de la construcción en aplicaciones tales
como tubos de conducción de agua, ventanas de gran calidad, persianas y
puertas, muebles, revestimientos, cielorrasos y otros, aportando propiedades
fundamentales, ya que posee cualidades que lo tornan adaptable a múltiples
usos siendo el único plástico utilizado por la medicina en la fabricación de
bolsas de sangre.
La Planta PVC II ubicada en el Complejo Petroquímico “El Tablazo”,
empresa perteneciente a la Petroquímica de Venezuela S.A. (PEQUIVEN),
está destinada a la producción de Policloruro de Vinilo (PVC), empleando
22
como materia prima; Agua Desmineralizada y Monocloruro de Vinilo. La
Planta fue diseñada por la tecnología GEON Co, ahora llamada OXIVINYLS,
para producir 120.000 TMA (Toneladas métricas / año) de varios grados de
resina. De acuerdo a las aplicaciones descritas anteriormente, en los últimos
años ha surgido una gran demanda por parte de este producto, razón por la
cual la empresa Petroquímica requiere incrementar la capacidad de
producción de la Planta PVC II, para lo cual se estudia la posibilidad de
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
adicionar un sexto (6to) reactor en el área de polimerización.
DERECH
Para determinar la factibilidad del objetivo planteado por la empresa,
se hace necesaria la evaluación de algunos de los sistemas implícitos al área
de producción, en especial aquellos que forman parte del Área de
Polimerización de MVC. Uno de los sistemas involucrados y que amerita ser
evaluado es el sistema de agua de enfriamiento el cual suple los
requerimientos de agua para las áreas de procesos y servicios de la planta.
La temperatura dentro del reactor es uno de los parámetros de control
más importantes del proceso, debido a que la reacción que se da dentro de
los polimerizadores es altamente exotérmica, lo que indica que el calor
generado debe ser removido para mantener las condiciones de temperatura
requeridas por la reacción de polimerización. Determinado porcentaje de este
calor es retirado utilizando agua de enfriamiento que circula a través de una
chaqueta localizada en el área externa del reactor.
Además de los reactores de polimerización, el Sistema de agua de
enfriamiento también se caracteriza por suplir su servicio a otros usuarios.
Existen diferentes áreas de la planta que requieren suministro de este tipo de
Agua, entre ellas se tienen: Área de Recobro de MVC, Área de
Despojamiento de Lechada, Área de Ensacado y silos de Chequeo, Edificio
de Aditivos, Edificio de refrigeración y Edificio de Secado. En las áreas
23
mencionadas el agua de enfriamiento se utiliza en equipos como
intercambiadores, condensadores, compresores y bombas.
Con lo planteado anteriormente y partiendo del requerimiento que
tendría el nuevo reactor que posiblemente sea incorporado, se hace
necesario evaluar la capacidad del sistema de distribución de agua de
enfriamiento para conocer si éste tendrá la disponibilidad de satisfacer
OS
D
A
V
R
E
S es decir, seis (6) reactores en
R
producción que plantea establecer
la E
empresa,
S
O
H
C
REusuarios de la red de agua de enfriamiento.
DyEdemás
operación
eficientemente los consumos de éste servicio para el escenario de máxima
1.2- FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
Para determinar la capacidad máxima del sistema de agua de
enfriamiento de la Planta PVC II de El Tablazo, partiendo de la premisa de la
adición de un sexto reactor en el área de polimerización, se hizo necesario
caracterizar los requerimientos de servicio por parte de todos los usuarios y
realizar el levantamiento de la red de tuberías del sistema, pudiendo con esto
desarrollar un modelo de simulación para la red de distribución de agua de
enfriamiento que posteriormente, permitió evaluar
su
capacidad de
operación actual .
Una vez simulado el sistema actual, se realizaron cambios al modelo
original para crear un nuevo escenario en el cual se incluye el sexto reactor,
de manera tal que fuera posible la evaluación hidráulica del sistema con la
presencia de este nuevo usuario. Los requerimientos del sexto reactor fueron
obtenidos del trabajo especial de grado titulado “Requerimientos máximos de
agua de enfriamiento en el área de Polimerización de la planta PVC II de El
24
Tablazo” elaborado a la par con el presente estudio, por los bachilleres
Bracho - Van Der Biest.
Luego de analizar los resultados arrojados por las simulaciones, se
logró conocer la capacidad máxima de operación del sistema de agua de
enfriamiento y
si éste se encuentra en condiciones de
cubrir los
requerimientos que tendría el nuevo reactor de polimerización.
OS
D
A
V
R
E
ES definidos en este trabajo de
R
La simulación de O
losSescenarios
H
C
E
DER
investigación,
se efectuó empleando el paquete de simulación PIPE PHASE
versión 9.1.
1.3- OBJETIVOS
1.3.1- Objetivo General:
Determinar la capacidad máxima del Sistema de Agua de Enfriamiento de
la planta PVC II de El Tablazo.
1.3.2- Objetivos Específicos:
1.- Caracterizar los requerimientos de los usuarios del Sistema de Agua
de Enfriamiento de la planta PVC II de El Tablazo.
2.- Desarrollar la simulación del Sistema de Agua de Enfriamiento de la
planta de PVC II de El Tablazo.
3.- Analizar la factibilidad técnica de la adición de un sexto Polimerizador
a la Planta PVC II de El Tablazo.
25
1.4- JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA DE LA INVESTIGACIÓN
Todo estudio que involucre el Sistema de Agua de Enfriamiento de la
Planta de PVC II se considera relevantemente importante debido a que de
éste depende en gran parte mantener las condiciones de operación bajo las
cuales ocurre la polimerización del Monocloruro de Vinilo para la formación
de PVC.
OS
D
A
V
R
E
Una de las principales especificaciones
ES de operación del proceso es la
R
S
O
H
C
E
DER
de mantener
constante la temperatura de reacción en los polimerizadores
mediante la remoción de calor generado por la misma, de no realizarse ésta
operación se tendría como consecuencia una rápida aceleración de la
reacción, causando variaciones en la calidad del producto e incrementando la
presión y temperatura en el reactor, razón por la que habría que detener la
reacción en forma inmediata, disminuyendo así la eficiencia de la planta y
desmejorando la calidad del producto.
Por otra parte, la realización de este proyecto aportará a la empresa la
posibilidad de disponer de una plataforma de simulación basada en la red de
distribución de agua de enfriamiento, con la cual será posible la evaluación
no solo del área de polimerización, sino de los demás usuarios involucrados
con el sistema y así ser aplicada en posteriores estudios que se realicen
sobre este servicio.
Desde el punto de vista académico, el desarrollo de este proyecto
servirá como base a la consolidación de lo que probablemente será nuestro
futuro como ingenieros y próximos integrantes de la sociedad productiva del
país, además de contribuir con el progreso de esta importante cadena de
producción, logrando en un futuro cercano, que la empresa tenga la
capacidad de cumplir con los compromisos de
demanda que presenta
26
actualmente este producto, permitiéndonos demostrar a través del presente
estudio, la calidad académica de los Ingenieros formados en La Universidad
Rafael Urdaneta.
1.5- DELIMITACIÓN
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
1.5.1- Delimitación Temporal:
DERECH
El proyecto fue desarrollado en un período de 24 semanas,
comprendidas entre los meses Marzo – Agosto del año 2007.
1.5.2- Delimitación Espacial:
Planta PVC II perteneciente al Complejo Petroquímico El Tablazo
ubicado en la bahía El Tablazo, Puertos de Altagracia, Municipio Miranda,
Estado Zulia. Empresa PEQUIVEN.
27
S
DERECH
ADO
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CAPITULO II
MARCO TEORICO
CAPITULO II: MARCO TEORICO
CAPITULO II
MARCO TEORICO
S
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OS R
2.1 - DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA
DERECH
La petroquímica de Venezuela PEQUIVEN, es una empresa
productora y comercializadora de productos petroquímicos en mercados
venezolanos e internacionales. Su propósito es desarrollar una industria
petroquímica líder regional y de alcance global sobre la base de las ventajas
comparativas con que cuenta Venezuela (como la disponibilidad de grandes
volúmenes de gas asociados a la producción petrolera), satisfaciendo las
necesidades de sus clientes y logrando el mayor rendimiento posible para
sus accionistas, todo en armonía con el medio ambiente y las comunidades
en las cuales se desarrollan sus actividades.
PEQUIVEN,
nacida
en
1977,
ha
crecido
y
evolucionado
vertiginosamente en esta última década, llegando a constituirse en una de las
empresas petroquímicas más importantes del mundo, produciendo más de
40 renglones, entre materias primas básicas, productos intermedios y
productos destinados al consumidor final. Sus actividades comprenden la
recepción de materias primas, manufactura, almacenamiento y transporte. Es
una industria que maneja gases, líquidos y sólidos.
La sede corporativa de PEQUIVEN S.A. se encuentra en la ciudad de
Valencia, mientras que para sus procesos industriales la empresa cuenta con
tres unidades
de negocio
(U.N.), la
primera
conocida como U.N.
29
Fertilizantes, ubicada en el Estado Carabobo, Complejo Petroquímico Morón,
orientado básicamente a la producción de fertilizantes de componentes
fundamentales: nitrógeno, fósforo y potasio, y a la elaboración de diferentes
productos industriales como mezclas en polvo, clorofluorometanos, oleum,
ácido nítrico, entre otros. La segunda U.N.
en el Estado
Anzoátegui
Productos Industriales, ubicada
en el Complejo Petroquímico Jose, orientada
básicamente a la producción de propano, isobutano, metanol, Fertilizantes,
OS
D
A
V
R
E
S
Eoperación
R
en el Complejo Petroquímico
Zulia.
Su
básica está destinada a la
S
O
H
C
E
R
DEde etileno, propileno, amoníaco, urea, cloro, soda cáustica,
producción
entre otros. La tercera, U.N. Olefinas y Plásticos ubicada en el Estado Zulia,
policloruro de vinilo, entre otros. Además de estos tres complejos
petroquímicos, PEQUIVEN, posee también una planta de Aromáticos (BTX)
en la Refinería El Palito, un terminal portuario en Borburata en el centro del
país, y una mina de roca fosfática en Riecito, en el Occidente.
El Complejo Zulia ubicado en la bahía El Tablazo, Puertos de
Altagracia, Municipio Miranda, Estado Zulia, se extiende sobre una superficie
de 850 hectáreas, de las cuales solo se utiliza un 60%, disponiendo de
suficiente espacio para ampliación de plantas existentes y nuevos proyectos.
El complejo básico se construyó entre 1969 y 1973.
Sus instalaciones se dividen en dos grupos o fajas. La faja central, en
la cual se ubican plantas como las de Gas Licuado, Olefinas I, Olefinas II y
Cloro Soda, que son abastecedoras a las demás plantas. La otra faja,
ubicada al norte de la faja central, contiene las plantas destinadas a los
procesos intermedios y finales de producción como lo son la de Urea,
Amoniaco, Vinilos I, Vinilos II, PVC y empresas mixtas. Además el complejo
posee instalaciones auxiliares constituidas por el Terminal portuario,
telecomunicaciones, servicios médicos, edificio administrativo, talleres,
30
bomberos, entre otras. El complejo Zulia cuenta con la Gerencia de Servicios
Industriales la cual suministra gas para todos los procesos del complejo.
2.1.1- Actividad Económica
Pequiven, Petroquímica de Venezuela, S.A. es la corporación del
OS
D
A
V
R
E
ES nacionales e internacional y
R
químicos y petroquímicosO
para
los
mercados
S
H
C
RE
propiciaD
aE
su vez la creación de empresas mixtas para el desarrollo de las
Estado Venezolano que se encarga de producir y comercializar productos
cadenas de productos petroquímicos aguas abajo.
Pequiven fue creada en 1977 asumiendo las operaciones del Instituto
Venezolano de Petroquímica (IVP), fundado en 1955. Desde esa época la
empresa ha vivido sucesivas etapas de reestructuración, consolidación y
expansión, en las que ha ampliado su campo de operaciones, desarrollando
un importante mercado interno y externo para sus productos y ha orientado
su crecimiento en tres líneas específicas de negocio: fertilizantes, productos
químicos industriales y olefinas, y resinas plásticas.
La actividad económica que desempeña Pequiven se orienta hacia la
misión de manufacturar y comercializar productos químicos y petroquímicos
de alta calidad, en el mercado nacional e internacional, maximizando el valor
del gas natural y de las corrientes de refinación, a fin de impulsar el
desarrollo industrial y agrícola de Venezuela en armonía con el ambiente y
su entorno, garantizando la atención prioritaria a la demanda nacional. La
visión internacional del negocio y la vinculación con importantes socios en la
conformación de las empresas mixtas en la que participa le han permitido a
esta empresa consolidar una importante presencia en los mercados de la
región como de otras partes del mundo.
31
2.2- ANTECEDENTES
Cano del Mar, Tibisay Dessié (2001/URU) desarrolló el trabajo de
investigación “Evaluación de la capacidad de enfriamiento y el sistema
de dosificación de químicos en una torre de enfriamiento de tiro
inducido ubicada en el complejo petroquímico Zulia”.
OS
D
A
V
R
E
S el sistema de dosificación de
Etambién
R
una torre de enfriamientoO
asíS
como
H
C
REel complejo petroquímico requería gran demanda de agua
DyaEque
químicos
El desarrollo de esta investigación se basó en evaluar la capacidad de
industrial, la cual necesitaba ser tratada antes de su distribución por el
complejo, permitiendo mantener niveles aceptables de dureza, alcalinidad,
conductividad, hierro y sólidos disueltos, además el uso del agua como fluido
de enfriamiento puede ocasionar algunos daños e inconvenientes a los
equipos tales como: contaminación microbiológica, problemas de corrosión,
incrustaciones y ensuciamiento razón por la cual se le aplica un tratamiento
químico y un control adecuado en la dosificación de cada equipo.
Los objetivos específicos de está investigación fueron: determinar la
capacidad de una torre de tiro mecánico inducido con el uso de ecuaciones
de balance de energía, cuantificar el calor generado por los intercambiadores
de calor, estimar el coeficiente de ensuciamiento en intercambiadores
críticos, evaluar el sistema TRASAR en función de parámetros de control
determinando la confiabilidad de éste sistema y el ahorro asociado con su
implementación, por último, generar propuestas y recomendaciones las
cuales permitieron tomar medidas correctivas a corto, mediano y largo plazo.
Está investigación es de tipo exploratoria debido al estudio realizado
sobre la torre, además del funcionamiento con el sistema TRASAR diseñado
específicamente para controlar las bombas de dosificación de químicos para
32
el tratamiento del agua recirculante, este proceso se realiza de manera
automática y continua.
Como resultado de esta investigación se concluyó que el rendimiento
actual de la torre de enfriamiento era muy bueno, la misma había respondido
eficientemente al incremento del 20% de la capacidad de producción. En
cuanto al sistema TRASAR se comprobó el ahorro que este generaba y su
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
confiabilidad para poder controlar la dosificación de productos químicos en el
DERECH
sistema de enfriamiento.
La contribución para el presente proyecto se basa en información
general referente a sistemas de Enfriamiento de agua para su uso en la
industria.
Fox Johansen, Peluffo Mauricio (2004/URU) elaboraron la tesis de Pregrado
titulada: “Implantación de una torre de enfriamiento dentro de los
laboratorios de Operaciones Unitarias de la Universidad Rafael
Urdaneta”.
Esta investigación tuvo como finalidad realizar el proceso de
implantación de una torre de enfriamiento en el Laboratorio de Operaciones
Unitarias en la Universidad Rafael Urdaneta para la puesta en marcha de una
serie de equipos de práctica que necesitan agua de enfriamiento.
Para lograr la implantación de la torre se hizo establecer los criterios
básicos de diseño para iniciar la elaboración de los planos de detalle y
montaje del equipo que permitirón la construcción y puesta en marcha de la
torre de enfriamiento, la definición del protocolo de arranque de la torre de
enfriamiento, y posterior a esto, la redacción de los manuales de operación y
33
mantenimiento para lograr el óptimo desempeño del equipo en el Laboratorio
de Operaciones Unitarias.
El objetivo general de esta investigación fue Implantar una torre de
enfriamiento dentro del Laboratorio de Operaciones Unitarias de la Facultad
de Ingeniería de la Universidad Rafael Urdaneta.
OS
D
A
V
R
E
ES
R
de Detalle de la torre de O
enfriamiento
para el Laboratorio de Operaciones
S
H
C
E
R
DdeEla Universidad Rafael Urdaneta, la Construcción y montaje de la
Unitarias
Entre los objetivos específicos se tenia, la Realización de la Ingeniería
torre de enfriamiento, así como la definición del protocolo de arranque inicial
y puesta en marcha del equipo en el Laboratorio ya mencionado.
Como resultado se obtuvo la implantación exitosa de la torre de
enfriamiento, la cual se emplea para prácticas de operaciones unitarias,
logrando así suplir de dicho servicios a sus diferentes usuarios como los son:
los intercambiadores de calor y la torre de destilación.
El aporte de está tesis a nuestro proyecto de investigación se basa en
la información referente a los principios de operación y diseño de torres de
enfriamiento, así como de las
definiciones de todos aquellos criterios
considerados en el estudio de este importante sistema de enfriamiento de
agua.
Montiel Villalobos. Luis Enrique (2002/LUZ), autor de la tesis de pregrado,
“Evaluación del sistema de refrigeración de Amoníaco de una Planta de
Policloruro de Vinilo”.
Este tesis consistió en la evaluación del sistema de refrigeración de
amoníaco que utiliza la planta de Policloruro de Vinilo, para esto fue
34
necesario el uso de los programas de simulación de procesos Aspen Plus
10.2 y el simulador de intercambiadores de calor B-Jac como herramientas
principales, para estudiar todos los procesos que involucran este sistema, las
condiciones de las corrientes para los casos de diseño y operación de los
mismos. Entre otros objetivos
se encontraban: Determinar la máxima
capacidad operativa del sistema de refrigeración de amoniaco; Validar el
modelo de simulación del sistema de refrigeración y Evaluar el sistema de
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
intercambio de calor para los reactores y su cinética de polimerización.
DERECH
Para el desarrollo de este trabajo se realizó una revisión bibliográfica
de la información necesaria para la comprensión del proceso de producción
de la planta PVC II tipo suspensión a través del “Manual de Operaciones de
la Planta PVC II del Complejo Petroquímico del Tablazo”.
Asimismo, llevo a cabo la revisión de los manuales mecánicos de los
equipos involucrados en el sistema de refrigeración de amoníaco para la
recolección de los datos necesarios para realizar la evaluación del sistema.
Por lo que la investigación es de tipo descriptiva.
Para la familiarización con el proceso de producción de PVC realizó
visitas al campo a diferentes áreas como: área de servicios, área de
reactores de polimerización y sala de control.
Adicionalmente realizó un análisis de los balances de masa y energía
del sistema de refrigeración de amoníaco y los reactores; para lo cual fue
necesario hacer la revisión de los diagramas de flujo, diagramas de proceso
e instrumentación de las diferentes áreas en evaluación. Todo esto se realizó
con la finalidad de desarrollar una simulación rigurosa del sistema de
refrigeración de amoníaco.
35
Los resultados obtenidos en la validación describen la operación del
sistema de refrigeración y las condiciones de los equipos. Con esto
determinó que el sistema opera con una capacidad de refrigeración 37% por
debajo de la capacidad de refrigeración en un valor de 0,25 con respecto al
consumo de energía en los compresores.
La contribución del proyecto descrito a la presente investigación se
OS
D
A
V
R
E
ESen la remoción del calor de la
R
refrigeración con agua de
enfriamiento
S
O
H
C
RE
reacciónD
deE
polimerización que se da dentro de los reactores para producir el
basa en el aporte de información referente al papel que juega el sistema de
PVC vía suspensión.
Paris S., Paola E. (2002/LUZ), elaboró la tesis de pregrado “Evaluación
Hidráulica del sistema de distribución de agua de enfriamiento de una
unidad de craqueo catalítico”.
En este trabajo especial de grado se exponen las limitaciones,
referentes a velocidad y caída de presión, encontradas en el sistema de
distribución de agua de enfriamiento de la unidad de craqueo catalítico de la
Refinería Cardón, así como una serie de modificaciones y recomendaciones
que fueron propuestas debido a un incremento, de 11000 TMD a 12850
TMD, en la capacidad de producción de dicha unidad para el año 2004.
Para el modelado del sistema de distribución de agua de enfriamiento
de la unidad de craqueo catalítico empleó el simulador hidráulico IMPLANT e
igualmente utilizó el PRO II para la simulación de los intercambiadores de
calor.
Como parte de las recomendaciones de está tesis está el incrementar
el diámetro de las tuberías que presentaron limitaciones, tanto de caída de
presión como de velocidad, así como también restringir el flujo de agua
36
salada a los intercambiadores y colocar en operación a los intercambiadores
adicionales que actualmente se encontraban fuera de operación.
El aporte de está tesis a la presente investigación se basa en lo
relacionado a la información sobre los criterios considerados en la creación
de modelos de simulación hidráulica de sistemas de distribución de agua y
servicios de una planta, así como información de la parte metodológica en
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
general.
DERECH
2.3- BASES TEORICAS
2.3.1- GENERALIDADES DEL POLICLORURO DE VINILO (PVC)
El PVC es una resina termoplástica, producida cuando las moléculas
de cloruro de vinilo se asocian entre sí, formando cadenas de
macromoléculas. El policloruro de vinilo o policloroetileno, es un polímero
sintético fabricado a partir del gas etileno o eteno (C2H4) y el cloro. La
estructura olefínica del etileno permite introducirle átomos de cloro, de lo cual
resulta dicloroetano (CH2Cl-CH2Cl) conocido como EDC, por sus siglas en
inglés.
La reacción a través de la cual se obtiene el PVC es llamada
Polimerización, y puede ser realizada de varias maneras. Hay dos procesos
de
obtención
de
PVC,
llamados
polimerización
en
suspensión
y
polimerización en emulsión. Ambos usan un proceso semicontínuo, en el que
los reactores se
alimentan con el monómero cloruro de vinilo, con los
aditivos, catalizadres y agua (la reacción de polimerización del PVC ocurre
en medio acuoso).
37
Las diferencias entre los procesos suspensión y emulsión se
manifiestan en el tamaño y en las características de los granos de PVC
obtenido, y por lo tanto, cada proceso es elegido según las aplicaciones y
resultados que se quieren obtener con el PVC.
Como el MVC tiene propiedades tóxicas, es muy importante que no se
libere a la atmósfera ni permanezca en el producto. Por eso, varias etapas
OS
D
A
V
R
E
S asegura resinas que contengan
Eesto
R
concebidas para evitar tales
pérdidas:
S
O
H
C
DEREmenos que 1g de MVC por tonelada de PVC.
sistemáticamente
del proceso y las características de los equipamientos donde él ocurre son
2.3.1.1.- Propiedades físicas y químicas
Propiedades Físicas
Punto de ebullición (°C)
- 13,9 +/- 0,1
Punto de congelación (°C)
- 153,7
Densidad a 28,11°C (gr/cm3)
0,8955
Calor de fusión (kcal/mol)
1,181
Calor de vaporización
5.735
Indice de refracción a 15°
1,38
Viscosidad a - 10°C (mPoisses)
2,63
Presión de vapor a 25°C (mm)
3,000
Calor específico del líquido (cal/g)
0,38
Calor específico del vapor
10,8 - 12,83
Calor de combustión a 80°C (Kcal/mol)
286
Tabla nº 1. Propiedades Físicas del PVC
Fuente: http://www.textoscientificos.com/polimeros/pvc
38
Propiedades Químicas
El PVC es soluble en ciclohexanona y tetrahidrofurano. Puede copolimerizarse con acetato de vinilo y cloruro de vinilideno, reduciéndose la
temperatura de fusión. Puede post-clorarse, elevando su temperatura de
distorsión. El PVC rígido, resiste a humos y líquidos corrosivos; soluciones
básicas y ácidas; soluciones salinas y otros solventes y productos químicos.
OS
D
A
V
R
E
S no lo sostiene y tiene buena
Eforma,
arde en presencia de fuego;
de R
otra
S
O
H
C
RE
DE
resistencia
a los efectos del medio ambiente, principalmente al ozono.
Tiene buena estabilidad dimensional. Es termoplástico y termosellable. Sólo
2.3.1.2.- Utilidades a nivel mundial
El PVC posee una gran versatilidad gracias a los aditivos utilizados
para su formación como: los estabilizantes, los plastificantes, los colorantes,
etc. Esta versatilidad le permite ser utilizado en una amplia gama de
aplicaciones. Además, el PVC mejora sus propiedades mecánicas mediante
la utilización de compuestos de bajo peso molecular que se mezclan con la
matriz polimérica.
El PVC se distingue de los demás plásticos por sus propiedades tan
ideales para todo tipo de aplicación, los principales rubros donde se emplea
el PVC se distribuyen en bienes de consumo, construcción, packaging,
industria eléctrica, agricultura, automotriz, aplicaciones médicas, entre otros.
Actualmente el 55% del PVC a nivel mundial es usado en
construcción, el 22% en artículos del hogar, electrodoméstico y juguetes, el
resto en botellas, tarros para todo tipo de uso, cintas de embalaje, etc. Todo
esto lo hace ocupar el primer lugar dentro de los plásticos.
39
2.3.1.3.- Producción de PVC vía Suspensión
La industria del Policloruro de Vinilo se ha desarrollado de una manera
no planificada hasta alcanzar el negocio de toneladas/año que es hoy en día.
Solo en años recientes se ha realizado esfuerzos para entender el
comportamiento
particular
del
PVC
y
su
apropiada
formulación
y
procesamiento.
OS
D
A
V
R
E
S la producción del Policloruro de
Epara
R
Existen cuatro grandes
procesos
S
O
H
C
E son: Masa, Suspensión, Emulsión y Dispersión.
DERestos
Vinilo (PVC),
Actualmente el proceso de Suspensión es la ruta predominante para producir
el Policloruro de Vinilo, ya que a pesar de permitir una menor productividad
por unidad de volumen del reactor y plantar el problema del tratamiento de
aguas residuales, ofrece grandes ventajas sobre los otros procesos, entre
ellas se tienen la fácil remoción de calor y control de la temperatura, los bajos
niveles de contaminación en el producto final y los bajos costos de
separación. Estas ventajas justifican el hecho de que cerca del 82% de la
producción de PVC a nivel mundial, se obtenga utilizando el proceso de
suspensión, mientras que los procesos de emulsión y masa cubren el 10% y
8% respectivamente.
La polimerización vía Suspensión, es una reacción en un sistema
acuoso con un monómero como fase dispersa que da lugar al polímero como
fase sólida dispersa, el tamaño de la partícula obtenida esta entre 100 y 150
micrones. En el proceso de Suspensión, la reacción de polimerización se
lleva a cabo en reactores de tipo Autoclave o Batch, lo que significa que la
operación de producción no es continua sino por carga.
La Producción de PVC se inicia cuando se introducen al reactor los
diferentes materiales especificados en un documento llamado récipe de
40
polimerización, en el cual se indican los materiales y las cantidades de éstos
a ser preparados para cada carga. Al reactor se introducen una serie de
aditivos tales como Iniciadores, Dispersantes, Solución Amortiguadora, Antiincrustantes e Inhibidores de reacción, los cuales son preparados con
anterioridad en una solución a concentraciones adecuadas siguiendo las
instrucciones dadas en el récipe. Simultáneamente a la carga de aditivos, se
introduce el Agua Desmineralizada y cuando ya se ha evacuado por
OS
D
A
V
R
E
ES que dependen del grado de
R
el MVC y el agua caliente
en proporciones
S
O
H
C
RE
DoE
producto
Resina que se desea obtener.
completo el aire (principalmente el oxigeno) dentro del reactor, se introduce
Una vez finalizado el proceso de carga al reactor, se ajustan las
condiciones de presión y temperatura que deben existir para que ocurra la
reacción. La temperatura de reacción debe permanecer constante; lo cual se
logra al remover el calor generado por la reacción de polimerización
(reacción exotérmica) mediante
la agitación constante del producto y la
circulación de; agua de enfriamiento por una chaqueta externa y amoniaco
por unos bafles internos al reactor. De acuerdo al producto, la temperatura
de reacción se mantiene en un rango comprendido entre 50 y 70ºC, mientras
que la presión debe permanecer en un intervalo de 7 a 13 Kg/h. El tiempo de
reacción está entre 4 y 4:30 horas, tiempo en el cual, se detecta la caída de
presión en el reactor preestablecida en el récipe para inyectar el desactivador
y detener el avance de la reacción, obteniéndose una conversión aproximada
de 80%.
Cuando ya se ha detenido la reacción, se descarga el reactor para
poder ser recuperado mediante una operación de lavado y preparado para
realizar la siguiente carga. Durante esta operación de recuperación del
reactor se realiza el proceso de recuperación del MVC (gaseoso) que no
reaccionó, el cual es recobrado mediante operaciones de compresión y
41
condensación para ser almacenado y luego reutilizado para posteriores
cargas.
El efluente que sale del reactor es una solución de partículas sólidas
de PVC suspendidas en el medio acuoso o fase continua, este efluente es
enviado a un sistema de Despojamiento, en el cual, empleando una columna
de platos a determinadas condiciones de presión y temperatura, se logra
OS
D
A
V
R
E
ES de PVC.
R
esta atrapado en los porosO
de S
las partículas
H
C
DERE
reducir la cantidad de MVC remanente en la fase acuosa y remover el que
La solución que sale de la Columna despojadora pasa a un conjunto de
tanques donde se realiza la mezcla u homogenización de las soluciones
producidas por varias cargas del reactor. Posterior a esto, la mezcla se
transfiere a un tren de Secado que cuenta con una Centrifuga y un Secador
rotatorio. Mediante la operación en la centrifuga, se logra remover el agua a
un grado tal que el producto alimentado al secador rotatorio contiene solo de
20 a 25 % de agua (pasta húmeda). En el secador rotatorio se emplea aire
caliente para secar el producto hasta lograr el contenido de volátiles
especificado.
El producto que sale del secador (aire y PVC), es introducido a un
Ciclón con el fin de separar los sólidos suspendidos en el aire, mediante
sedimentación centrifuga. Posteriormente el polvo que sale del ciclón (PVC),
pasa a una tamizadora donde es separado de acuerdo a su tamaño de
partícula; el grano que esta dentro de las especificaciones de granulometría
es sometido a pruebas de calidad PVC suspensión y luego pasado a los
Silos de Chequeo y Almacenamiento desde los cuales se realizan las
operaciones de ensacado del producto final para su posterior distribución a
los diferentes clientes.
42
DERECH
ADO
V
R
E
S
E
OS R
Figura 1: Diagrama del Proceso de producción de PVC por Suspensión
Fuente: Descripción del proceso de la planta PVC II. El Tablazo.
S
43
2.3.2.- DESCRIPCION GENERAL DE LA PLANTA PVC II
La planta, con una inversión de 120 millones de dólares, comenzó a
funcionar en la segunda mitad del año 1998 y alcanzar para esa misma fecha
una producción de 120.000 toneladas anuales. El contrato de diseño e
instalación de la planta fue ejecutado por Technipetrol, una subsidiaria
italiana de Technip de Francia, y a Jantesa de Venezuela. Esta nueva planta
OS
D
A
V
R
E
producción de PVC de El Tablazo,
de
45.000 a 60.000 toneladas anuales,
ES
R
S
O
H
C
E
ER
Dcon
contando
que una capacidad consolidada de 180.000 toneladas métricas
de PVC, junto con la ampliación de la existente, elevarían la capacidad de
anuales podría abastecer en su totalidad la demanda nacional y cubrir los
mercados de exportación. Hoy en día la planta de PVC produce 120 TMA,
gracias al funcionamiento de PVC II, debido al cierre de la planta de MVC I Y
PVC I.
Actualmente la planta PVC II tiene como finalidad satisfacer la
demanda local de PVC y aumentar la competitividad de la empresa en el
mercado de este producto.
Las resinas de PVC producidas en la Planta de PVC II son del tipo
suspensión, obteniéndose varios
grados de resinas de PVC empleando
como materias primas agua desmineralizada y Cloruro de Vinilo (MVC).
La planta está dividida en las siguientes secciones o áreas que se
muestran a continuación:
44
Área
Descripción
B
Almacenamiento y Carga de agua desmineralizada / MVC.
C
Preparación y carga de aditivos en solución.
D
Despojamiento de MVC de aguas residuales.
E
Polimerización.
F
Recuperación de MVC.
G
Despojamiento de MVC en Lechada.
H
Secado y Almacenamiento de PVC en proceso.
J
Sistema de Lavado de Reactores a alta Presión.
S
Vapor y Condensado.
T
Almacenamiento de Catalizadores refrigerados.
U
Aceite de sello, nitrógeno y aire de servicio e Instrumentos.
W
Torre de Enfriamiento.
X
Servicio de Agua Potable y de Servicio.
Y
Sistema de Tie-ins, Ácido y Soda Cáustica.
Z
Sistema de Tratamiento de Efluentes.
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
Almacenamiento
ECH y Ensacado de resina de PVC.
DKR ER
Refrigeración.
Tabla nº 2. Áreas de Operación de la planta PVC II
Fuente: Manual de operaciones de la Planta PVC II. Servicios.
El MVC fresco y el agua desmineralizada se combinan en 5 reactores
de polimerización donde se produce el PVC húmedo o lechada, al concluir la
reacción de polimerización el MVC que no ha reaccionado es recobrado y
posteriormente es comprimido y condensado para su posterior reutilización.
El producto final es llevado al secador rotatorio donde se elimina el
agua a la lechada posteriormente pasa a
los
un sistema neumático hasta
silos de chequeo y luego a los silos de ensacado. Y por último el PVC
es ensacado y almacenado.
45
2.3.3.- SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO
La refrigeración mecánica es el proceso mediante el cual se reduce la
temperatura de una sustancia por debajo de la que prevalece en el ambiente.
La industria de procesos químicos es uno de los usuarios más importante de
las instalaciones de refrigeración.
OS
D
A
V
R
E
ESseparar gases por destilación,
R
químicas, licuar gases O
de S
procesos,
H
C
E productos mediante la congelación de separación
DERy purificar
condensación
La refrigeración mecánica se emplea para suprimir calor de reacciones
selectiva de un componente en una mezcla.
De esta manera, el agua de enfriamiento pasa a través de muchos
tipos de equipos que tienen una característica en común: todos están
diseñados para transferir calor desde algún medio hasta el agua de
enfriamiento.
Para un completo entendimiento de porqué el calor se
transfiere al agua de enfriamiento en diferentes equipos en operación, es
necesario definir los requerimientos y beneficios del tratamiento de agua de
enfriamiento.
Una vez que el calor ha sido transferido al agua de enfriamiento, es
entonces transportado por la misma. Este puede ser descargado en un río,
lago, pozo u otra gran masa de agua, como se hace en sistemas de un solo
paso, o puede ser descargado a la atmósfera mediante el uso de una torre
de enfriamiento evaporadora, como en los sistemas abiertos de recirculación.
2.3.3.1.- Tipos de Sistemas de Enfriamiento
En general existen sistemas de enfriamiento abiertos y cerrados.
Cuando un sistema es cerrado, el agua no entra en contacto con el aire de
46
fuera, sin embargo se han definido tres tipos básicos de sistemas de
enfriamiento con agua, aplicados en la industria. Estos sistemas son:
• Sistemas de un Solo paso
En los sistemas de un solo paso, el agua pasa por el intercambiador
una sola vez. Debido a los grandes volúmenes de agua utilizados, el agua
OS
D
A
V
R
E
S
E
R
del agua permanece prácticamente
inalterando
cuando pasa a través del
S
O
H
C
E
R
E
sistema.D
descargada presenta un leve aumento de temperatura. El contenido mineral
• Sistemas Abiertos de Recirculación
Este diseño es utilizado con mayor frecuencia en aplicaciones
industriales. Cuenta con bombas, intercambiadores de calor y torre de
enfriamiento. Las bombas mantienen el agua recirculando a través de los
intercambiadores de calor y donde el agua disipa calor, hasta la torre, donde
el calor es removido del agua mediante evaporación. Debido a esta
evaporación el agua presenta cambios en sus características químicas.
• Sistemas Cerrados de Recirculación
En este tipo de sistema, el agua de enfriamiento es utilizada
repetidamente, en un ciclo continuo. Cuando el agua absorbe el calor de los
fluidos del proceso, lo disipa en otro intercambiador de calor.
En estos sistemas, la torre de enfriamiento no está incluida.
47
2.3.3.2.- Componentes Básicos de un Sistema de Enfriamiento
• Torres de Enfriamiento
Las torres de enfriamiento son equipos que se usan para enfriar agua
en grandes volúmenes porque, son el medio más económico para hacerlo, si
se compara con otros equipos de enfriamiento como los cambiadores de
de una pared.
S
O
D
A
V
R
E
En el interior de las torres se R
monta
un
empaque
con
el
propósito de
S
E
S
O
RECH
aumentar
de contacto entre el agua caliente y el aire que la
DlaEsuperficie
calor
donde
el
enfriamiento
ocurre
a
través
enfría, además se colocan deflectores o eliminadores de niebla que atrapan
las gotas de agua que fluyen con la corriente de aire hacia la salida de la
torre, con el objeto de disminuir la posible pérdida de agua.
El enfriamiento ocurre cuando el agua, al caer a través de la torre, se
pone en contacto directo con una corriente de aire que fluye a contracorriente
o a flujo cruzado, con una temperatura de bulbo húmedo inferior a la
temperatura del agua caliente, en estas condiciones, el agua se enfría por
transferencia de masa (evaporación ) y por transferencia de calor sensible y
latente del agua al aire, lo anterior origina que la temperatura del aire y su
humedad aumenten y que la temperatura del agua descienda; la temperatura
límite de enfriamiento del agua es la temperatura de bulbo húmedo del aire a
la entrada de la torre.
El enfriamiento de agua en una torre tiene su fundamento en el
fenómeno de evaporación, ésta se define como el paso de un líquido al
estado de vapor y solo se realiza en la superficie libre de un líquido, un
ejemplo es la evaporación del agua de los mares.
48
Cuando el agua se evapora sin recibir calor del exterior es necesario
que tome de sí misma el calor que necesita, esto origina que el agua se
enfríe y por lo tanto que su temperatura disminuya.
Existen diversos tipos o diseños de torres de enfriamiento, entre ellos
se encuentran torres de Tiro Natural, Torres Atmosféricas, Torres
Hiperbólicas, Torres de tipo Mecánico y las más reconocidas, las Torres de
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
Tiro Inducido y Tiro Forzado
DERECH
En las torres de Tiro Inducido los ventiladores se localizan de manera
horizontal en el tope de la torre, es decir, a la salida; la velocidad del aire
tiende a ser mayor a la entrada.
Figura 2. Descripción de una Torre de enfriamiento de Tiro Inducido
Fuente: PDVSA. MID. Torre de Enfriamiento de Tiro inducido.
De acuerdo a la dirección del flujo de aire con respecto al sentido del
flujo de agua, estas torres se subdividen en: Diseño de flujo cruzado y flujo
en contracorriente. La circulación del aire en forma de flujo cruzado, es
cuando se mueve dentro de la torre perpendicularmente, con respecto al flujo
de agua. Termodinámicamente, el diseño en contracorriente es más eficaz,
su funcionamiento se basa en la entrada del aire por la parte inferior de la
49
torre, ascendiendo en sentido opuesto a la caída del agua, obteniéndose el
contacto del agua más fría con el aire más seco, dando como consecuencia
una evaporación más eficiente.
Luego de la construcción de una torre de enfriamiento, con un diseño
aproximado de 5% de bulbo húmedo, es probable el incumplimiento de las
especificaciones del diseño hasta no alcanzar un período mínimo de 6 o 7
OS
D
A
V
R
E
ESdel número de unidades de difusión
R
siguiendo los criterios de determinación
S
O
H
C
DERE
meses de operación. Estos equipos deben ser evaluados con frecuencia
correspondientes al proceso y determinación del número de unidades de
• Red de Tuberías de Distribución del Servicio
Las tuberías o tubos son un medio de transporte para fluidos tanto
líquidos como gaseosos. Generalmente los Sistemas de enfriamiento más
utilizados, los abiertos de recirculación, poseen dos tuberías o cabezales
principales; una tubería de suministro a los usuarios y otra de retorno de los
usuarios.
La adecuada estructuración de una red de tuberías juega un papel
fundamental en la operación eficiente de todos los sistemas que ofrecen
servicios industriales, como lo son los sistemas de agua de enfriamiento. El
dimensionamiento y las características del material de la tubería dependerán
de las condiciones de presión, temperatura, corrosividad y toxicidad del fluido
con el que se esté tratando. En el caso de las tuberías usadas para el
transporte de agua a los diferentes usuarios de una planta industrial, los
problemas de corrosividad y toxicidad causados por el fluido son mínimos
puesto que el fluido circulante es Agua y las propiedades de este elemento lo
hacen fácil y seguro de transportar dentro de las redes de tuberías.
50
En todos los sistemas que impliquen el movimiento de fluidos a través
de líneas o redes de tuberías, es importante conocer el comportamiento de
los fluidos en el interior de las mismas, esto se realiza por medio de estudios
hidráulicos, dichos estudios se basan en el calculo de las velocidades y
diferenciales de presión ocasionados por el movimiento de los fluidos dentro
de las tuberías. La caída de presión es uno de los factores mas importantes
que deben ser considerados al calcular las dimensiones de los sistemas de
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
transporte de agua para una instalación en particular.
DERECH
El comportamiento hidráulico de un fluido a través de una tubería se
puede estudiar o determinar considerando lo expuesto en el teorema del
físico suizo Daniel Bernoulli (1700-1782), en el cual se expresa que la
Presión y la velocidad del fluido circulante actúan de forma reciproca en vista
de que la dinámica de los líquidos está regida por el principio de
conservación de la energía.
Las pérdidas o incrementos de energía, que se generan con el flujo de
un fluido, entre dos puntos, a través de una tubería, son tomadas en cuenta
en la ecuación establecida por Bernoulli; quedando expresada de la siguiente
manera:
V12
P2 V22
+
+ Z1 × g + Q − W =
+
+ Z 2 × g + hL
ρ
2
ρ
2
P1
Donde:
P1, P2: Presión del sistema en los puntos de referencia 1 y 2
(Pa).
ρ:
Densidad del fluido (Kg/m3).
V1, V2: Velocidad media del fluido en los puntos de referencia 1
y 2 (m/s).
51
Z1, Z2: Altura en los puntos de referencia 1 y 2 (m).
g:
Gravedad (m/s2).
Q:
Calor transferido en el sistema (J/Kg).
W:
Trabajo en el sistema (J/Kg).
hL:
Pérdidas de energía por fricción (J/Kg).
Las pérdidas de presión en una red de tuberías se deben a varias
OS
D
A
V
R
E
S paredes internas, los cambios de
Elas
R
paredes de la tubería, la rugosidad
en
S
O
H
C
E
ER
Ddel
dirección
flujo, accesorios, los cambios repentinos o graduales en la
características del sistema, entre las cuales se tienen: El rozamiento en las
superficie o contorno del paso del flujo, la velocidad, densidad y viscosidad
del fluido
• Bombas
Siempre que se tratan temas enmarcados dentro de los procesos
químicos, y de cualquier circulación de fluidos estamos, de alguna manera se
está entrando en el tema de las bombas. Las bombas juegan un papel muy
importante dentro de la constitución de un sistema de enfriamiento, ya que
de la operación de estas depende en gran parte el cumplimiento de las
condiciones de presión de suministro a los diferentes equipos que requieren
de este servicio, en otras palabras, hacen posible, en conjunto con la red de
tuberías, que el servicio llegue eficientemente a su destino. En un sistema
de Enfriamiento, existen una serie de bombas principales, que se ubican al
pie de la Torre de enfriamiento con las cuales es posible succionar el agua
de la piscina de la torre y descargarla hacia el cabezal de sunimistro que
posteriormente se ramifica para cada usuario. La mayoría de estas bombas
se encuentran formando un arreglo en paralelo, de manera tal que operan
simultáneamente.
52
El funcionamiento en si de la bomba será el de un convertidor de
energía, o sea, transformar la energía mecánica en energía cinética,
generando
Existen
presión
muchos
tipos
y
de
velocidad
bombas
para
en
diferentes
el
fluido.
aplicaciones.
Los factores más importantes que permiten escoger un sistema de bombeo
adecuado son: presión última, presión de proceso, velocidad de bombeo, tipo
de fluido a bombear (la eficiencia de cada bomba varía según el tipo de
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
fluido).
DERECH
El tipo de bomba comúnmente usado en las aplicaciones de plantas
de proceso entra en las siguientes categorías: centrífuga, axial, tipo turbina
regenerativa, reciprocante, dosificadora, diafragma y rotativa. La gran
mayoría de las bombas que se usan actualmente en las refinerías, plantas
químicas y de servicios son 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 metros
(pies) de fluido bombeado, independientemente de su densidad. Sin
embargo, la presión en kPa (psi) (correspondiente al cabezal desarrollado)
depende de la densidad del fluido.
53
El cabezal máximo (en m (pie) de fluido) que una bomba centrífuga
puede desarrollar se determina principalmente por la velocidad de la bomba
(rps (rpm)), el diámetro del impulsor, y el número de impulsores en serie.
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
DERECH
Figura 3. Componentes de una Bomba Centrifuga
Fuente: PDVSA. MDP. Características de comportamiento de una Bomba Centrifuga
La capacidad de cabezal, los requerimientos de potencia, la eficiencia
y el requerimiento de NPSH de las bombas centrífugas varía con el caudal de
flujo. La variación específica en la “forma de la curva” es diferente para cada
bomba, pero las desviaciones del promedio tienden a ser pequeñas dentro
de los tipos de bombas usadas más comúnmente en servicios de proceso. La
Figura 3. Muestra formas promedio de las curvas de los cuatro parámetros
característicos. Esta Figura es útil para predecir la forma de curva típica y
para estimar el efecto de un cambio de flujo sobre cada uno de los cuatro
parámetros. Por supuesto que las curvas reales, en vez de las generalizadas
de este tipo, deben ser usadas en el estudio de problemas con bombas
existentes o de características conocidas.
54
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
DERECH
Figura 4. Curvas Características promedio para las Bombas Centrifugas.
Fuente: PDVSA. MDP. Características de comportamiento de una Bomba Centrifuga
La curva de características de cabezal–capacidad de una bomba
centrífuga dada se puede alterar para que sirva para nuevos requerimientos
de funcionamiento. Partiendo de este criterio se pueden realizar modificar o
cambiar del diámetro y velocidad del impulsor con el objeto de optimizar la
operación de la bomba según la condición que se quiera alcanzar.
Dentro de los sistemas de servicios de la plantas, las bombas, tienen
una participación esencial en el control del flujo que circula a través del
sistema razón por la cual el caudal de flujo de la gran mayoría de las bombas
centrífugas se controla con una válvula de control en la línea de descarga.
55
Las válvulas de control pueden ser posicionadas por señales de nivel,
presión, flujo o controladores de temperatura para cumplir con los
requerimientos de proceso. Para bombas centrífugas, la Válvula de control
impone una cantidad variable de caída de presión sobre los requerimientos
naturales de presión del sistema. Un aumento de la cantidad de caída de
presión a través de la válvula de control incrementa la presión de descarga
de la bomba, su generación de cabezal y reduce el caudal de flujo. Una
OS
D
A
V
R
E
S está completamente abierta, el
R
efecto opuesto. Cuando laO
Válvula
deE
control
S
H
C
REcontrol, sino que está determinado por la interacción natural
Ebajo
flujo no D
está
disminución en la caída de presión a través de la Válvula de control tiene el
de la característica de funcionamiento de la bomba con la resistencia
característica del sistema. Igualmente, pueden usarse motores de velocidad
variable para controlar el flujo de una bomba centrífuga.
2.3.3.3.- Componentes Auxiliares de un Sistema de Enfriamiento
• Filtros de Agua
Básicamente la gran mayoría de los sistemas que manejan fluidos
líquidos, particularmente agua, hacen uso de las operaciones de filtración
para remover los contaminantes sólidos que transporta el fluido y que
podrían causar problemas en las tuberías y en la operación de las bombas.
Todas las torres de Enfriamiento tienen anexo un sistema de filtración de
agua que les es útil para descontaminar el agua de forma continua antes de
ser enviada a los destinatarios. Una determinada corriente de agua de la
piscina de la torre, es succiona por las bombas y enviada hacia los filtros
donde luego de ser tratada es recirculada nuevamente a la piscina.
Los filtros son equipos en los que se lleva a cabo la operación de
separación sólido- líquido denominada filtración. Esta operación consiste en
56
una separación física donde no existe transferencia de materia sino que lo
que se da es una separación entre distintos estados de agregación.
La filtración es una operación unitaria donde se consigue la
separación de los sólidos que se encuentran suspendidos en un medio
líquido haciendo pasar la suspensión a través de un medio poroso, el cual va
a retener las partículas sólidas dejando pasar el líquido. Los sólidos
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
quedarán retenidos en función de su granulometría y según sea el tamaño de
DERECH
los poros.
El medio filtrante es la barrera que retiene los sólidos y deja pasar el
líquido, puede ser un tamiz, una tela, un tejido de fibras, fieltro, membranas
poliméricas o un lecho de sólidos. El líquido que atraviesa el medio filtrante
se denomina filtrado.
El funcionamiento de todo filtro se basa en la existencia de una
diferencia de presión que obliga a una suspensión a atravesar el medio
filtrante. En la superficie del medio filtrante se van a depositar los sólidos
presentes formando con su acumulación una torta por la que debe seguir
circulando la suspensión a filtrar.
En las centrífugas la fuerza impulsora se aporta como energía cinética.
El sólido se ve lanzado hacia la periferia, que se encuentra perforada, en la
que se va a depositar comprimiéndose hasta formar una torta. Estos equipos
se emplean igualmente para el lavado o el escurrido de sólidos.
57
• Dosificación de Químicos
El tratamiento apropiado del agua constituye un aspecto esencial del
sistema de enfriamiento, a fin de evitar pérdidas de capacidad, deterioro de
los equipos, exceso de mantenimiento y desperdicio de energía.
El agua del sistema de enfriamiento, provee un ambiente propicio
S
ADO
V
R
E
S
E
formaciones orgánicas y ensuciamiento.
SR
O
H
C
E
R
DE
donde cuatro problemas se pueden presentar: corrosión, incrustaciones,
La corrosión es el deterioro de los metales causado por una reacción
química. Los componentes de las torres de enfriamiento se encuentran
sujetos a la corrosión, debido a la presencia del aire, agua y sustancias en el
agua.
La incrustación es la capa resultante de la precipitación de los sólidos
disueltos contenidos en el agua. Esta incrustación agrega una resistencia
térmica a la tubería del condensador y reduce la capacidad de refrigeración
del sistema.
Las formaciones orgánicas, es uno de los problemas mas graves, estas
incluyen algas, limos y hongos, los cuales causan el deterioro en la madera
y pueden cubrir las superficies de transferencia de calor, reduciendo la
capacidad del sistema. El agua del sistema de enfriamiento ofrece un
ambiente favorable para el desarrollo de microorganismos.
Para controlar todos estos problemas se utiliza un tratamiento químico
como lo es:
58
a) Dosificación de Cloro: La función de éste sistema es proveer
una
distribución
segura
de
cloro
gaseoso
al
agua
de
enfriamiento.
b) Inhibidor de Corrosión: La cantidad de inhibidor de corrosión
depende del flujo de purga del sistema de agua de enfriamiento
el cual a su vez depende de la conductividad del agua medida.
OS
D
A
V
R
E
ESde la inyección de ácido sulfúrico
c) Ácido Sulfúrico:
La R
función
S
O
H
C
E el Ph ≈ 8.7 de agua de enfriamiento.
DEesRcontrolar
2.3.4- DESCRIPCIÓN GENERAL DEL SISTEMA DE AGUA DE
ENFRIAMIENTO DE LA PLANTA PVC II
El sistema de Agua de Enfriamiento está diseñado con el fin de
suministrar agua de enfriamiento mediante una red de tubería o distribución a
los diferentes usuarios a una temperatura de 32°C con un flujo de circulación
de agua de 3600 m3/h. Dicho sistema está compuesto por los siguientes
equipos:
• Torre de enfriamiento con tres celdas (WCT-1W), 2 en
operación y una como respaldo.
• Tres compuertas de desagüe X-1W/2W/3W con sus bombas
• Un depósito de agua (BS-1W) para la succión de las
bombas paralelas (PU-1W/2W/3W).
• Ventiladores, uno para cada celda de la torre de
enfriamiento
• Dos filtros laterales (FIL-1W/2W)
• Sistema de dosificación de químicos
59
El principal componente de este sistema es la torre de enfriamiento, la
cual es alimentada con el agua de servicio proveniente desde el límite de
batería. El flujo de agua a la torre de enfriamiento (reposición) es controlada
por la LV-CWSO/WCT-1W dependiendo del nivel de agua existente en la BSW (HC-CW50 WTC-1W) la operación normal de la torre es con dos celdas de
intercambio y una como respaldo.
OS
D
A
V
R
E
ES
R
bombas PU-1W/2W/3W, laO
temperatura
de suministro es monitoreada por el
S
H
C
E
R
DE
TI-CW51/WCT-1W.
Por su parte la presión en el cabezal de suministro de
El agua de la torre es suplida a los diferentes usuarios por medio de las
agua de enfriamiento es controlada por medio del PIC-CW01/WCT-1W, a
una presión de 4.6 kg/m2, mientras que el caudal de agua en el cabezal de
suministro es cuantificado por medio del FQI-CW03/WCT-1W.
Los usuarios del Sistema de Enfriamiento de la planta PVC II son los
siguientes:
• HE-1U/2U Enfriador de Nitrógeno (Paquete CM-1U)
• Enfriadores de Aceite de lubricación y condensadores de
amoníaco (Paquete W-1R)
• Sistema de Glicol
• Polimerizadores (Paquete PLY-XE)
2.3.4.1.- Teoría del Proceso de Enfriamiento en la Torre WCT-1W
La torre de enfriamiento de la planta PVC II es una torre del tipo de tiro
inducido. El proceso de transferencia de calor en la torre de enfriamiento
comprende, la transferencia de calor latente debido a la evaporación de una
pequeña porción del agua y la transferencia de calor sensible debido a la
diferencia de temperatura entre el agua y el aire.
60
La torre de enfriamiento de la planta está diseñada para enfriar el
agua desde 38.7°C hasta 32°C, con el propósito de ser rehusada en la
planta. En la torre el agua caliente es enfriada por el aire frío, cuando el agua
pasa a través de la torre, la temperatura del agua puede descender por
debajo de la temperatura de bulbo seco del aire de entrada, pero nunca por
debajo de la temperatura de bulbo húmedo de este aire. En la parte superior
de la torre el agua caliente se pone en contacto con el aire de salida que es
OS
D
A
V
R
E
ES mientras que la temperatura del
R
líquido es mayor que la del
aire
de
salida,
S
O
H
C
E
DER
agua también
es mayor que la del aire de salida. Ambos potenciales sirven
más frío que el agua, en este caso la presión parcial del agua fuera del
para bajar la temperatura del agua por evaporación y transferencia de calor
sensible al aire, aumentando, por lo tanto la entalpía del aire. En la parte
inferior de la torre, el agua puede poseer una temperatura igual o menor que
la temperatura de bulbo seco del aire con que se pone en contacto, y la
transferencia de calor sensible y de masa están en direcciones opuestas.
Para ayudar a la transferencia de calor y masa a las torres de
enfriamiento se les coloca un relleno de tal manera de aumentar la superficie
de contacto entre el aire, el agua, así como también aumentar el tiempo de
contacto, para lograr una temperatura del agua más baja, el límite al que la
temperatura del agua de salida puede llegar en una torre de enfriamiento es
la temperatura de bulbo húmedo del aire de entrada.
2.3.4.2.- Características del Agua de enfriamiento Suplida por el
Sistema
Parámetro
pH
Conductividad
Turbidad como
Color Escala
Na++
Mg++
mmhos/cm
NTU
Pt-Co
ppm
ppm
Min.
7.5
174
2.2
10
8
4.0
Normal
8.2
191
5.8
19
13
4.4
Max
8.8
238
15.0
25
18
4.9
61
ClSO=4
OHCO3
HCO3
Alcalinidad Total como
CaCO3
TDS
TSS
Fe Soluble
SiO2 Soluble
SiO2 Total
Cl2
Orgánicos
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
14
2
0
0
84
69
17
3
0
0
100
82
21
3.9
0
0
111
91
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
116
2
6.1
7
2
132
146
4
<0.1
7.9
8.7
<0.1
2.9
7
8
2
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
DERECH
Tabla nº 3. Características fisicoquímicas del Agua de Enfriamiento
Fuente: Manual de Operación Planta PVC II – Servicios
Propiedades del fluido: Agua @ 32 ºC y 4.6 kg/cm2
Densidad (ρ)
Viscosidad (μ)
Calor especifico (Cp)
Peso Molecular
Presión de Vapor (Pv)
Calor latente de vaporización
Calor latente de fusión
995.4 kg/m3
0.8x10-3 kg/m*s (0.8 cp)
1 cal/g ºC
18 g/mol
0.042 bar abs
585 cal/g
80 cal/g
Tabla nº4. Propiedades del Agua de Enfriamiento
Fuente: Manual de Operación Planta PVC II – Servicios
2.3.4.3.- Operación de los Filtros FIL-1W/2W
En el cabezal de descarga de las bombas PU-1W/2W/3W se toma una
corriente 180 m3/h que va hacia los filtros laterales FIL-1W/2W con la
finalidad de mantener el nivel de SST (sólidos suspendidos totales por debajo
25 ppm, esta corriente es monitoreada por el FIF-CWSO/FII-1W12W consta
de tres capas: cuarzo, granate, antracita.
62
A medida que transcurre la operación de filtrado, los FIL-1W/2W se van
ensuciando, requiriéndose entonces la regeneración de los mismos, es decir
el retrolavado que se hace con la corriente lateral de filtración.
Las
operaciones de filtración y retrolavado están controladas por un PLC (W*ICP01).
La etapa de retrolavado es realizada cuando la presión diferencial
tiempo;O
por
S esta vía el
D
A
V
R
E
S el retrolavado el flujo al filtro a
EDurante
R
retrolavado se hace una vez
por
día.
S
O
H
C
RE a 160 m3/h, se estima una duración de retrolavado
DesEcontrolado
retrolavar
excede 4000 minutos; o por un contador de
de 15 min.
2.3.4.4.- Dosificación de Químicos de la WCT-1W
Los químicos usados para el tratamiento químico del agua de
enfriamiento son: Cloro, Inhibidor de Corrosión y Acido Sulfúrico.
• El sistema de dosificación de cloro automático está basado en señales
de contenido de cloro residual desde AIC-CW55/W-3W proporcional al
flujo de agua en la línea de suministro de agua de enfriamiento FQICW03/WCT-1W. La dosificación de cloro se lleva a cabo usando el
agua de servicio como fluido motriz a través de un eyector principal VJ1W que produce un vacío en la línea Cl2 gaseoso.
• La inyección del inhibidor de corrosión se hace a través de la línea de
1” 91050 en forma directa para cada una de las celdas de la torre de
enfriamiento por medio de las bombas PU-6W/7W. La dosificación se
determina por la señal proveniente del flujo de purga del sistema de
agua de enfriamiento FQIC-CW06/CW-06. La cantidad de inhibidor de
corrosión depende del flujo de purga del sistema de agua de
63
enfriamiento el cual a su vez depende de la conductividad del agua
medida por el CE-CW50/UVCT-1W.
• La función de la inyección de ácido sulfúrico es controlar el Ph ≈ 8.7
de agua de enfriamiento aunque también se usa para controlar el pH
en los efluentes tanto en el agua de las centrífugas como en los
tanques TK-1Z/2Z. El ácido sulfúrico es proveniente de la planta de
OS
D
A
V
R
E
ES de almacenamiento TK-1W. El
presión de 4 kg/cm2
al R
tanque
S
O
H
C
E tratamiento de agua de enfriamiento no prevé inyección
DERde
programa
Vinilos I y por medio de la línea 3”-15CS2 91039 es enviado a una
de ácido por control de pH.
El pH en el agua de enfriamiento es
monitoreado por el AR-CW50.
2.3.5.- SIMULACION DE PROCESOS
Considerando que la realización del presente trabajo de investigación
se enfoca en la determinación de las condiciones de operación de una
plataforma de producción que aun no ha sido llevado a la realidad, se hizo
necesaria la utilización de una de las técnicas de evaluación de procesos
mas avanzadas que hayan podido ser creadas por el hombre enmarcadas
bajo el alcance de las nuevas tecnologías como lo es el Simulador de
Procesos.
La Simulación es el proceso de diseñar un modelo de un sistema real
y llevar a término experiencias con el mismo, con la finalidad de comprender
el comportamiento del sistema o evaluar nuevas estrategias -dentro de los
límites impuestos por un cierto criterio o un conjunto de ellos - para el
funcionamiento de dicho sistema, de allí que, la simulación es una parte
esencial de estudios de operabilidad o riesgos, que asesora sobre las
64
consecuencias del fracaso de la planta y en la mitigación de los posibles
efectos. Perfecciona la comprensión en las mejoras del proceso y es una
herramienta poderosa para la optimización de plantas, tanto en el campo
operativo como en el de diseño. La simulación tiene igual importancia en
procesos continuos, Batch, semibatch y procesos cíclicos de manufactura a
nivel industrial.
S
ADO
V
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E
S
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OS R
2.3.5.1.- Modelo De Simulación
DERECH
Para definir con exactitud los resultados que se esperan obtener del
estudio, se establece y construye el modelo con el cual se obtendrán los
resultados deseados. El modelo puede ser solo una aproximación de los
procesos reales, los cuales son a menudo muy complejos y a veces
parcialmente comprendidos. Es posible desarrollar varios modelos diferentes
para un proceso y tener la posibilidad de mejorar la descripción global del
mismo.
En la formulación del modelo es necesario definir
con claridad y
exactitud todas las variables que forman parte de él así como los datos que
el modelo va a requerir para producir los resultados deseados, sus relaciones
lógicas y los diagramas de flujo que describan en forma completa el modelo.
Los aspectos importantes en el desarrollo de un modelo son:
•
Formulación de ecuaciones del balance de materia y energía.
•
Ecuaciones cinéticas apropiadas para las reacciones químicas.
•
Velocidades de transferencia de masa y calor que representan los
cambios de las propiedades del sistema, equilibrio de fase, y
aplicación de control.
65
Un uso importante del modelo del proceso es el análisis de datos
experimentales, utilizando este hecho para caracterizar el proceso asignando
valores numéricos a variables importantes del proceso. La aplicación
combinada de las aproximaciones de modelización y simulación conllevan las
siguientes ventajas:
•
La modelización mejora el entendimiento.
•
Ayudan en el diseño experimental.
•
Pueden ser utilizados de forma predictiva para el diseño y control.
•
Pueden ser utilizados en la educación y entrenamiento.
•
Sirven para la optimización del proceso.
S
ADO
V
R
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S
E
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DERECH
2.3.5.2.- Simulación Hidráulica de Tuberías
La simulación de los sistemas de distribución de fluidos puede
entenderse, como el uso de una representación matemática del sistema real
denominado modelo matemático, que a su vez es el sistema por medio del
cual se pueden predecir las características de otros sistemas semejantes
(Hickok, 1968) o una representación de un sistema real, un proceso o una
teoría, con el que se pretende aumentar su comprensión, hacer predicciones
y posiblemente ayudar a controlar el sistema utilizando como base en el
cálculo la Hidráulica para simular los diferentes estados de carga que se
producen en una red de distribución, por lo que también se puede decir que
consiste en un conjunto de elementos nodales y lineales que ensamblados
convenientemente en un software de análisis y simulación, representan la red
de distribución queriendo reproducir a la mayor exactitud posible el
comportamiento del sistema físico real que representa, el cual, mediante una
computadora, calcula los parámetros hidráulicos que caracterizan los
elementos del modelo; es decir elimina la necesidad de la experimentación
física y dentro de dicho modelo la esquematización y la representación de
66
determinadas sustancias, así como determinadas simplificaciones que se
harán más efectivas en la medida que sea capaz de traducirlo
adecuadamente al lenguaje del software. El modelo permite obtener la
solución técnica para la operación del sistema, además de la comprobación y
el seguimiento de su eficacia, una vez que ha sido aplicada.
S
DERECH
ADO
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67
2.4- MAPA DE VARIABLES
OS
D
A
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S
HOS RE
Objetivo General: Determinar la capacidad máxima del sistema de agua de enfriamiento de la planta PVC II de El
Tablazo.
Objetivos
Específicos
DEREC
Variable de Medición
Conjunto de
requerimientos de los
Agua de Enfriamiento de
la planta PVC II de El
Indicadores
Flujo de circulación de
Caracterizar los
usuarios del Sistema de
Definición de
Variable
Agua
Especificaciones o
Requerimientos de los
condiciones de suministro
Temperatura de entrada
Usuarios
solicitadas por los usuarios.
y salida del agua
Tablazo
Presión de entrada y
salida del agua
Técnicas de
Recolección
de Datos
Observación
Directa
Análisis
Documental
estructurada
Diagrama del
Desarrollar la simulación
realizar experiencias con
levantamiento de la red
Observación
del sistema de agua de
la finalidad de
de tuberías
Directa
de PVC II de El Tablazo.
Simulación
Fase II
comprender el
comportamiento del
Fase I
Entrevista no
Es un modelo real para
enfriamiento de la planta
Fases de la
Investigación
Premisas de cálculo
Análisis
Documental
sistema
Modelo de Simulación del
sistema actual
68
Requerimientos del
OS
D
A
V
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E
S
HOS RE
Sexto Polimerizador
Analizar la factibilidad
técnica de la adición de
un sexto Polimerizador a
la Planta PVC II de El
DEREC
Evaluación de la
capacidad del sistema en
Factibilidad Técnica
suplir requerimientos de
usuarios
Modelo de simulación del
Observación
posible escenario de
Directa
operación del sistema.
Fase III
Análisis
Tablazo.
Evaluación Hidráulica del
Documental
sistema con la adición del
sexto Polimerizador
69
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CAPITULO III
MARCO METODOLOGICO
CAPITULO III: MARCO METODOLOGICO
CAPITULO III
MARCO METODOLOGICO
S
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3.1- TIPO DE INVESTIGACION
DERECH
La investigación se considera de tipo Descriptiva en vista de que se
debieron caracterizar todos aquellos requerimientos y/o condiciones que
definen de forma precisa el comportamiento y operatividad de la red de
Distribución de agua de enfriamiento de la planta PVC II con base a todos
sus usuarios, todo esto con el fin de poder establecer y describir los
escenarios de operación a través de los cuales sea posible alcanzar las
condiciones de operación máxima del sistema en cuestión.
De la misma manera el proyecto también se clasificó como una
investigación Aplicada, bajo la modalidad de campo, debido a que las
alternativas de solución aportadas por el proyecto podrán ser llevadas a la
realidad
una vez que hayan sido evaluadas o validadas por el personal
encargado de la planta.
Según el concepto de Tamayo (Año 1994, p. 189) la investigación
Aplicada está orientada a la solución de problemás prácticos.
Está se
caracteriza porque busca la aplicación o utilización de los conocimientos que
se adquieren y que pueden ser demostrados científicamente.
Por otra parte se tiene que la investigación es de campo ya que se
recolectaron datos en planta directamente del objeto de estudio (Sistema de
71
Agua de Enfriamiento de la Planta PVC II). Considerando el concepto de
Arias (1999, p. 57), “Un diseño de campo consiste en la recolección de datos
directamente de la realidad donde ocurren los hechos, sin manipular o
controlar variable alguna”.
3.2.- UNIDAD DE OBSERVACION
S
ADO
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S
E
OS R
DERECH
Sistema de Agua de Enfriamiento de la Planta PVC II del Complejo
Petroquímico El Tablazo.
3.3- TECNICAS DE RECOLECCION DE DATOS
Según Tamayo (1994, p. 184), la recolección de datos depende en
gran parte del tipo de investigación y del problema planteado para la misma,
este criterio se refiere al uso de una gran diversidad de técnicas y
herramientas que pueden ser utilizadas por el analista, de allí que, una
Técnica de recolección de datos es cualquier recurso del que se vale el
investigador para acercarse a los fenómenos y extraer de ellos información.
Las técnicas utilizadas en el desarrollo de ésta investigación fueron la
Entrevista no Estructurada, la Observación Directa y el Análisis documental.
Tamayo (1994, Pág.95) explica, que la entrevista no estructurada es
aquella en la que la pregunta puede ser adaptada a la situaciones o
características particulares del sujeto. En una entrevista no estructurada de
tipo informal existe un margen de libertad considerablemente grande para
formular
las preguntas y las respuestas. De esta manera se realizaron
entrevistas al personal que labora en la sala de control de procesos de la
72
Planta
a
fin
de
conocer
más
detalladamente
la
operación
y
el
comportamiento del sistema y los equipos involucrados.
La Observación es una técnica que consiste en visualizar atentamente
el fenómeno, hecho o caso, tomar información y registrarla para su posterior
análisis. La observación es un elemento fundamental de todo proceso
investigativo; en ella se apoya el investigador para obtener el mayor número
S
ADO
V
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E
S
E
OS R
de datos. Esta técnica se empleo básicamente para capturar los valores en
DERECH
los instrumentos de medición, conocer el dimensionamiento de las líneas y
realizar el levantamiento de la Red de distribución de Agua de enfriamiento
de la planta.
Otra técnica empleada fue el Análisis Documental, Según Molina
Gómez (2004, p. 13) ésta es una forma de investigación técnica o conjunto
de operaciones intelectuales que buscan describir y representar los
documentos de forma unificada y sistemática para facilitar su recuperación.
Adaptando lo indicado al desarrollo de este proyecto, se hizo la revisión de
los documentos de ingeniería Básica e Ingeniería Conceptual de la Planta,
constituyendo con esto la descripción bibliográfica de un conjunto de
documentos así como el análisis de sistemás de almacenamiento de
información automatizados y avanzados.
3.4.- FASES DE LA INVESTIGACION
Para cubrir los objetivos planteados en este trabajo de investigación,
se desarrollaron actividades en varias fases. Las fases de la investigación
son los pasos que se siguieron de forma secuencial para la realización de la
tesis. Dicha investigación se desarrolló a través de las fases que se
describen a continuación.
73
3.4.1.- FASE I: Caracterización de los requerimientos de los usuarios
del Sistema de Agua de Enfriamiento de la planta PVC
II de El
Tablazo.
La identificación y caracterización de los requerimientos de los
usuarios del sistema de agua de enfriamiento se realizó en dos etapas:
•
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
Etapa I: Requerimientos por diseño de los usuarios del sistema
DERECH
Los requerimientos de los usuarios que debieron ser caracterizados
están constituidos por las variables operacionales de éstos en relación al
servicio de agua de enfriamiento que solicitan para realizar las operaciones
para los cuales fueron diseñados.
Las variables requeridas para llevar a cabo los objetivos propuestos
fueron: Flujo de agua, Temperatura de agua a la entrada y salida; y caída de
presión. Estos parámetros fueron caracterizados tanto para cada uno de los
usuarios del sistema como para la torre de enfriamiento WCT-1W.
Para la recolección de los datos de diseño se hizo una revisión
bibliográfica de los documentos de ingeniería básica e ingeniería conceptual
de la Planta PVC II. Los valores de diseño fueron extraídos del diagrama de
flujo del proceso (DFP) correspondiente al área W,
la cual describe el
sistema de agua de enfriamiento de la planta. Para establecer los valores de
algunas variables no suministrados en el balance de mása y energía del
PFD, se realizó la revisión bibliográfica de literatura técnica a partir de la cual
se lograron estimar de forma estandarizada los valores de variables tales
como, caída de presión y velocidad del fluido. También se emplearon los
diagramás de tubería e instrumentación (DTI) de la misma área para conocer
74
los instrumentos de medición que nos permitirían ubicar en la siguiente etapa
los datos operacionales de campo.
Para la ubicación de los diagramás necesarios se realizó una visita al
departamento de Planoteca del Complejo Petroquímico, en donde se facilitó
el alcance de los siguientes planos en formato digital:
OS
D
A
V
R
E
ES
R
Referencia
Nº de Plano
Descripción
S
O
H
C
E
R
DE
DFP-1X
Cjt-Zpv2-W-pg-e004
DTI-1W
Cjt-Zpv2-W-pg-e001
Torre de Agua de Enfriamiento
DTI-1W
Cjt-Zpv2-W-pg-e002
DTI-2W
Cjt-Zpv2-W-pg-e002
Distribución de Agua de Enfriamiento
----------
Cjt-Zpv2-A-pg-e021
Plano de Ubicación de Equipos
•
Etapa II: Requerimientos por operación de los Usuarios del
sistema
Una vez ubicados en el DTI los instrumentos de medición disponibles
para cada equipo, se realizaron visitas al campo durante un período de tres
(3) días para observar los valores indicados por los diferentes instrumentos.
Considerando que las variables medidas fueron: Presión, Temperatura
y Caudal, se tomaron las lecturas de los manómetros, termocuplas y
medidores de flujo respectivamente para aquellos usuarios del sistema que
disponían de estos medidores.
Para conocer los datos operacionales del área de polimerización, por
ser los reactores (PLY-XE) los que presentan mayor demanda hacia el
75
servicio ofrecido por el sistema, se utilizó como herramienta de obtención de
datos el programa PAI (PROCESS BOOK), por medio del cual se lograron
conocer los valores reales de temperatura y caudal de agua de enfriamiento
con los que operan los reactores de polimerización.
Empleando la observación directa de los instrumentos de medición, se
lograron obtener los datos de presión de
descarga de las bombas PU-
OS
D
A
V
R
E
ES por el sistema desde el cabezal
R
1W así como el caudal de
agua
distribuido
S
O
H
C
DERE
de suministro.
1W/2W/3W, temperatura del agua de suministro y retorno de la torre WCT-
3.4.2.- FASE II: Desarrollo de la Simulación del Sistema de agua de
enfriamiento de la Planta PVC II de El Tablazo.
La simulación del Sistema se realizó a través de las siguientes etapas:
•
Etapa I: Levantamiento de la red de tuberías
El levantamiento de la red de tuberías del sistema de agua de
enfriamiento consistió en la determinación de los diámetros y longitudes de
las tuberías principales del sistema, es decir, cabezal de suministro y cabezal
de retorno de agua así como de las ramificaciones que salen y regresan de
estas tuberías hacia cada uno de los usuarios. Para la medición de los
parámetros de dimensionamiento de la red, se realizó una visita al área de
procesos de la planta.
Los datos recopilados fueron: longitud de la tubería, diámetro nominal
de la tubería y accesorios instalados, tales como: codos de 90°, codos de
45°, tipos de válvula, expansiones y contracciones, bridas o soldaduras, y
76
bifurcaciones o tees. Los diámetros de las líneas se obtuvieron de la lectura
directa en las bridas o válvulas instaladas mientras que las longitudes se
tomaron con la ayuda de una cinta métrica, midiendo la distancia existente
entre las dos primeras columnas de soporte de la estructura sobre la cual
se apoyan los equipos para establecer una escala de longitud que facilitara
la medición de los tramos rectos de tubería.
•
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
Etapa II: Selección del Paquete de Simulación
DERECH
Para realizar la simulación del sistema de agua de enfriamiento,
considerando la evaluación de la red de tuberías de distribución de este
servicio, se seleccionó el paquete de simulación PIPEPHASE 9.1.
PIPEPHASE es un simulador numérico de caudales de flujo
multifásico en estado estacionario muy poderoso y estable que permite
modelar sistemás de tuberías y redes para el transporte de fluidos. Es útil
para diseñar nuevos sistemás, supervisar sistemás existentes e impedir o
solucionar problemás. Este paquete de simulación permite determinar el
comportamiento de una red de tuberías mediante la cuantificación de las
caídas de presión, flujos y pérdidas de calor a través de cada uno de los
componentes del sistema. Además, permite el análisis del impacto de
cambios en las condiciones de operación, variaciones en la producción,
actividades de mantenimiento y cambios en el diseño original.
•
Etapa III: Creación del Modelo de Simulación
Para el desarrollo de la simulación fue necesaria la construcción del
diagrama de flujo del proceso o modelo de simulacion, constituido por las
tuberías o corrientes principales del sistema, es decir, la línea 82100
correspondiente al cabezal de suministro y la 82500 perteneciente al cabezal
77
de retorno, así como también las bifurcaciones de estas tuberías hacia los
diferentes usuarios que componen el sistema. El modelo incluye todos los
accesorios con los que cuenta la red de tubería, tales como codos, válvulas,
reducciones y expansiones.
Para la creación del modelo se utilizó la información obtenida en el
levantamiento de la red de tuberías , el diagrama de flujo original del sistema
de
S
ADO
V
R
E
S
E
instrumentación (DTI -2W).OS R
DERECH
de
agua
•
de
enfriamiento
(DFP-1X)
y
el
diagrama
tubería
e
Etapa IV: Simulación
Durante el desarrollo de la simulación del modelo definido para la red
de tuberías del sistema, fue necesario establecer premisas o criterios de
diseño bajo los cuales fuera posible obtener resultados satisfactorios una vez
corrida la simulación. Las premisas establecidas se orientan básicamente a
la utilización de un criterio de cálculo en el cual se toman en consideración
todos los factores que intervienen en la operatividad del sistema.
La simulación de las tuberías que componen el servicio y que definen
el modelo creado se realizó siguiendo la metodología descrita a continuación:
1. Se creó un archivo nuevo donde se almacenaron los archivos
correspondientes a la simulación, oprimiendo en la pantalla principal
el icono que contiene una hoja en blanco que se encuentra en la
parte superior izquierda de la ventana principal.
78
S
ADO
V
R
E
S
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DERECH
Figura 5. Ventana de creación de nuevos archivos
Fuente: Simsci-Esscor, 2.006
2. Una vez abierto el programa, aparece la ventana de inicio “Simulation
Setup Wizard “, donde se seleccionó el tipo de simulación con la cual
se corrió el modelo definido.
Figura 6. Ventana de selección “tipo de simulación”
79
3. Seguidamente, se escogió el tipo de fluido a transportar a través de
las tuberías marcando la opción “liquid”.
4. A continuación se eligió el sistema de unidades de medición. Para
este modelo se seleccionaron las unidades correspondientes al
formato “Metric”.
S
ADO
V
R
E
S
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OS R
H
lasE
opciones
RECseleccionadas,
D
5. Al finalizar los requerimientos de la ventana de inicio, se verificaron
las cuales fueron mostradas en el
formato “Confirmación de selección”.
6. Partiendo de las opciones seleccionadas se presentó la ventana de
propiedades fisicoquímicas del fluido (Single Phase Liquid PVT
Data), en la cual se introdujeron las características propias del fluido
en las unidades seleccionadas, para luego pasar a la ventana de
simulación.
Figura 7.Ventana de selección “PVT data”
80
7. En la ventana principal de simulación se esquematizó el modelo
construido para el sistema de tuberías, con nodos de origen (source
node), salida (sink node) y de interconexión (junction node), luego se
conectaron los nodos entre sí mediante las líneas que representan
las tuberías.
S
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V
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Figura 8. Ventana principal “esquematización del sistema”
8. Una vez esquematizado el modelo, se introdujeron los datos
operacionales requeridos por la simulación. Los datos pedidos en la
pantalla para el nodo de origen fueron: Identificación del Nodo,
Presión y caudal que pueden ser valores en cualquiera de las dos
81
modalidades disponibles, es decir,
fijados por el evaluador o
estimados para que sean corroborados por el simulador.
S
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V
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DERECH
Figura 9. Ventana de Nodo de origen “Liquid Source”
9. Para los Nodos de Salida, se introdujeron los datos requeridos por el
simulador como se muestra en la ventana: Primero se identifica el
nodo, luego se introduce, al igual que al nodo de origen, la presión y
el caudal con la única diferencia de que el tipo de dato no deben
coincidir, esto quiere decir, para el caso en que se introdujo la
presión como fija en el nodo de origen, se debe introducir la presión
como estimada en el nodo de salida, esta condición debe cuidarse
para que el simulador pueda realizar los cálculos.
82
S
ADO
V
R
E
S
E
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DERECH
Figura 10. Ventana de Nodo de Salida “Sink”
10. Posteriormente, se introdujeron los datos requeridos por el Nodo de
Interconexión:
identificación
del
nodo,
presión
estimada
y
temperatura en ese punto.
11. Los accesorios de las tuberías se introdujeron al hacer doble-click en
las líneas que representan las tuberías, abriendo así la ventana
donde se muestran los accesorios y las tuberías del sistema.
83
S
ADO
V
R
E
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DERECH
Figura 11. Ventana “accesorios de las tuberías”
12. Luego se procedió a introducir las características principales de las
tuberías tales como identificación, longitud, cambio de elevación,
diámetro interno, etc, haciendo clic en la figura “PIPE”
Figura 12. Ventana “Datos de las tuberías”
84
13. Para finalizar, se inició la corrida de la simulación oprimiendo en la
ventana principal el icono “Run”, el cual se encuentra en la barra
superior, para ingresar a la ventana de ver resultados de la corrida
del modelo de simulación.
S
ADO
V
R
E
S
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DERECH
Figura 13. Ventana “correr simulación y ver resultados”
•
Etapa V: Validación de la Simulación
Para verificar la capacidad del modelo de reproducir los datos de
diseño del sistema, se procedió a la validación del mismo. La determinación
de confiabilidad del modelo de simulación se realizó comparando los valores
de flujo de las corrientes y los perfiles de presión y temperatura arrojados por
la simulación con los valores estimados utilizados para correr el modelo.
Es importante resaltar que los datos introducidos al modelo de
simulación, están conformados por una estimación entre los valores de
diseño y los valores reales o de operación del sistema, pues no se contó con
85
los datos operacionales y de diseño suficientes para correr el modelo de
manera uniforme, razón por la cual no fue posible crear un escenario
netamente de diseño para ser validado con datos de operación o viceversa.
La confiabilidad del modelo se realizó calculando el porcentaje de error
existente entre ambos valores empleando la ecuación (1). De esta manera
fue posible detallar deficiencias en la formulación del modelo y evaluar el
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
comportamiento actual del sistema cuando los resultados obtenidos han sido
DERECH
los correctos.
Para la verificación de esta etapa se tomó en cuenta un porcentaje de
desviación del 5%, de esta manera se confirma si el simulador emite los
mismos valores de diseño.
% Desviación =
[(Datos introducidos – Datos resultantes)] * 100
(1)
Datos introducidos
3.4.3.- FASE III: Análisis de la factibilidad técnica de la adición de un
sexto Polimerizador a la Planta PVC II de El Tablazo.
Para analizar la factibilidad técnica de la adición de un sexto
Polimerizador considerando la capacidad de operación actual del sistema de
agua de enfriamiento con la que cuenta la planta, se realizó la evaluación
hidráulica del sistema en base a un nuevo escenario de operación en el cual
se incluye el sexto Polimerizador.
86
•
Etapa I: Evaluación Hidráulica del Sistema de Agua de
Enfriamiento con la adición de un sexto Polimerizador
La evaluación del funcionamiento hidráulico de la red en la situación
en la cual se incluye un nuevo reactor al área de polimerización de la planta,
requirió el establecimiento de la condición hidráulica a modelar, es decir,
definir un nuevo escenario de simulación modificando el modelo original a
S
ADO
V
R
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S
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manera de incluir el nuevo usuario del sistema.
DERECH
La evaluación hidráulica del sistema en base a la inclusión de un
nuevo usuario, se realizó considerando los lineamientos indicados en el
Manual de Ingeniería de Diseño de PDVSA, Vol. 13-III “Estudios de Flujo en
Tuberías y Análisis Hidráulicos” . Este procedimiento cubre el desarrollo de
un análisis hidráulico de fluidos a través de tuberías, en él se toman en
cuenta los estudios de rutas realizados anteriormente, sobre los cuales se
formularon las premisas de diseño que fueron consideradas para establecer
el análisis hidráulico preliminar.
La evaluación hidráulica del sistema mediante la simulación del
modelo creado, siguiendo los lineamientos descritos en el manual, incluyó las
siguientes consideraciones generales:
•
Consideraciones Preliminares
1. Confirmación de las características del fluido que afectan el análisis
hidráulico final, tales como: gravedad específica, viscosidad cinemática
temperatura del fluido, velocidad y pérdida de presión hidrostática.
2. Consideración de las condiciones de operación (mínima/máxima/normal)
de presión de suministro, presión disponible en la tubería de entrada, pérdida
87
de presión a través de cada equipo en la línea y rugosidad absoluta de
tubería según las especificaciones de la tubería a ser instalada.
•
Consideraciones Básicas
1. Longitud real, elevación real, longitud equivalente y caída total de presión
a través de la nueva línea.
OS
D
A
V
R
E
ESy de control y elevación de válvulas
R
3. Ubicación real de válvulas
de
bloqueo
S
O
H
C
DERE
de control.
2. Número de curvaturas, cambios de dirección, vueltas.
4. Ubicación real y orientación de medidores de flujo, manómetros,
conexiones de muestras, etc.
5. Cambios del fluido que afectan el flujo en la tubería y la operación de la
estación de bombas.
6. Operaciones en la tubería que afectan las velocidades de flujo en la
misma.
7. Presencia de puntos altos, puntos bajos, extremos cerrados, etc., los
Cuales pudieran permitir la acumulación no deseada de gases.
8. Simetría, cuando ella se requiera.
9. Inclinación, especialmente cuando no se desea una pendiente ascendente
por la posibilidad de acumulación de vapor.
10. Radio de curvaturas y líneas suspendidas.
11. Dimensiones. Esto no sólo tiene que ver con la verificación de las
dimensiones contra los diagramas de flujo DTI, sino que también implica
cambios de dimensión.
88
•
Consideraciones Detalladas
1. Previo a la reconfirmación de la hidráulica, se debieron verificar todas las
conexiones de tubería hacia el nuevo usuario y servicios existentes de
transmisión que afectan las distancias de tuberías y las velocidades de flujo.
2. Revisión de la ruta final de la tubería y los datos del perfil que tienen
relación con la ejecución de cálculos hidráulicos de transitorios térmicos, de
presión y caudal.
•
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
CH
E
R
E
D
Etapa II: Análisis de Factibilidad
Una vez realizada la evaluación hidráulica del sistema de agua de
enfriamiento mediante la simulación de un nuevo escenario de operación, se
realizó el análisis de factibilidad de la adición de un sexto Polimerizador,
tomando en consideración los resultados arrojados por el programa de
simulación PIPE PHASE 9.1. Básicamente, el análisis se enfocó en el estudio
de la posibilidad de adicionar un sexto reactor al área de Polimerización,
considerando la capacidad de operación del sistema de agua de enfriamiento
con la cuenta la planta actualmente.
Partiendo de los valores obtenidos con la simulación hidráulica del
escenario definido, así como de la correcta interpretación de estos valores,
se logró determinar la capacidad máxima de operación del sistema,
estableciendo con esto, el flujo máximo de agua de enfriamiento que puede
ser suministrado
hacia los usuarios actuales del servicio y a la posible
plataforma de producción en la cual se incluye el sexto reactor de
polimerización.
89
3.5- INSTRUMENTOS DE MEDICION
Entre los instrumentos empleados para realizar las mediciones
requeridas por cada variable de estudio implicada en la investigación, se
utilizaron instrumentos de medición industrial. Los instrumentos de medición
tratados en este trabajo son del tipo Indicadores, éstos permiten conocer
directamente el valor de una propiedad o variable operacional y se
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
caracterizan por ser los más utilizados a nivel industrial.
DERECH
En vista de que las variables medidas fueron: Presión, Flujo y
Temperatura, se presenta a continuación la descripción de los instrumentos
utilizados en la medición de estas variables.
3.5.1.- Medidor de Presión: Manómetro
Un manómetro es un instrumento de medición que sirve para medir la
presión de fluidos contenidos en recipientes cerrados. El manómetro más
utilizado a nivel industrial, es el manómetros metálico, en el cual la presión da
lugar a deformaciones en una cavidad o tubo metálico, denominado tubo de
Bourdon en honor a su inventor. Estas deformaciones se transmiten a través
de un sistema mecánico a una aguja que marca directamente la presión
sobre una escala graduada.
Figura 14. Vista externa e interna del Manómetro Bourdon
90
El Manómetro Bourdon consiste de un tubo de sección elíptica que
forma un anillo casi completo, cerrado por un extremo que se une a una
aguja móvil sobre un arco graduado. El extremo libre se comunica con una
guarnición que se conectará al recipiente o tubería que contiene el fluido
comprimido. Cuando la presión crece en el interior del tubo, éste tiende a
aumentar el volumen y a rectificarse, lo que pone en movimiento la aguja, es
decir, al aumentar la presión en el interior del tubo, éste tiende a enderezarse
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
y el movimiento es transmitido a la aguja indicadora, por un sector dentado y
DERECH
un piñón.
El rango de operación de los Manómetros tipo Bourdon se encuentra
entre 0 a 1500 kg/cm2.
3.5.1.1.- Manómetros utilizados para las mediciones en el campo
Nomenclatura
Ubicación
PI- CW52
Descarga de la PU-1W
PI-CW53
PI-CW54
PIC-CW01
PI-CW56
Cabezal de suministro desde WCT-1W / línea 8100
Cabezal de retorno hacia WCT-1W / línea 82500
3.5.2.- Medidor de Caudal: Medidor de Flujo Volumétrico tipo
Coriolis
Los medidores de flujo másico tipo coriolis, trabajan bajo el principio
que consiste en la aplicación de la segunda ley de Newton: “fuerza es igual a
Mása por Aceleración “(F= m.a). Esta ley es utilizada para determinar la
cantidad exacta de mása que fluye a través del medidor. Dentro de la Unidad
91
Sensora, los tubos de flujo se han diseñado para vibrar a su frecuencia
natural con respaldo de un sistema electromagnético. Esta vibración tiene
una amplitud que es aproximadamente menor a 1 mm, y frecuencia entre 40
y 120 Hz dependiendo del tamaño del medidor.
La mása correspondiente a cierto flujo, adquiere una velocidad lineal al
fluir a través del tubo. Las vibraciones de éste sobre un eje (eje de soporte)
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
resultan perpendiculares al flujo y hacen que el mismo acelere en el extremo
ERECH
D
Por efecto de la vibración que es máxima al final del extremo un poco
de entrada y desacelere en el de salida, causando que el tubo se doble.
antes del doblez, se le induce una velocidad vertical y en consecuencia, una
fuerza reactiva del flujo se opone a la acción del tubo creándose un
desequilibrio de éste a manera de compensarlo por efecto del flujo saliente.
La fuerza de torsión inducida por el flujo crea un efecto llamado
Coriolis que es proporcional a la rata de flujo másico. Este efecto constituye
la fuerza utilizada para la detección de la mása o volumen de flujo.
Figura 15. Representación de las fuerzas en el medidor Coriolis
92
3.5.2.1.-
Medidores de Flujo Utilizados para la medición en el
campo
Nomenclatura
FQI-CW03
Ubicación
Cabezal de suministro desde WCT-1W. Línea 82100
FI-CW06
Cabezal de retorno hacia WCT-1W. Línea 82500
FI-CW50
Cabezal de suministro de la WCT-1W a los FIL-1W/2W.
Línea 82188
FIC-1302
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
Tubería de suministro de WC al PLY-3E. Línea 82113
DERECH
3.5.3.- Medidor de temperatura: Termocupla
Una termocupla consiste de un par de conductores de diferentes
metales o aleaciones. Uno de los extremos, la junta de medición, está
colocado en el lugar donde se ha de medir la temperatura. Los dos
conductores salen del área de medición y terminan en el otro extremo, en la
junta de referencia que se mantiene a temperatura constante, se produce
entonces una fuerza electromotriz (fem) que es función de la diferencia de
temperatura entre las dos juntas.
Esta forma de medición abarca el rango de temperaturas requerido
para la mayoría de las mediciones exigidas, ya que pueden cubrir un rango
de 250°C hasta 2.000°C y más si fuera necesario. En la figura 7 se muestra
el tipo de termocupla más utilizado a nivel industrial.
93
Figura 16. Termocupla Tipo K (Cromo (Ni-Cr) / Aluminio (aleación de Ni-Al))
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
DERECH
Un termocupla se compone sencillamente de dos hilos de diferentes
metales unidos en un extremo y abiertos en el otro. La tensión que pasa por
el extremo abierto es una función tanto de la temperatura de la unión como
de los metales utilizados en los dos hilos. Todos los pares de metales
distintos presentan esta tensión, denominada tensión Seebeck, la cual crea
un efecto cuando se calientan las junturas de dos materiales distintos que
componen un circuito cerrado, lo que permite que se establezca
una
corriente entre ellos logrando obtener una medición de temperatura.
3.5.3.1.- Termocuplas utilizadas para la medición en el Campo
Nomenclatura
Ubicación
TI-CW02
Cabezal de suministro desde WCT-1W. Línea 82100
TI-CW52
Cabezal de retorno hacia WCT-1W. Línea 82500
TI-1307
Tubería de suministro de WC al PLY-3E. Línea 82113
TI-1309
Tubería de retorno de WC del PLY-3E. Línea 82513
94
3.5.4.- Programa PAI (PROCESS BOOK)
Además de los instrumentos de medición ya descritos, para la
obtención de algunos datos de operación del área de polimerización y de la
torre de enfriamiento, se empleó un programa de almacenamiento
automático de los valores de operación que se registran en la sala de control
de la planta.
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
DERECH
El PAI muestra o facilita datos de información de las diferentes
variables de operación que permiten evaluar y monitorear el proceso de
todos los equipos de la planta de manera remota, presenta esquemáticos de
todas las secciones de la planta y en él se observa la interacción existente
entre el sistema de control distribuido (DCS) y los equipos de proceso. Este
programa se caracteriza por capturar datos de operación en tiempo real, los
cuales pueden ser observados desde la pantalla del computador sin
necesidad de que el investigador se traslade hasta la sala de control de la
planta, además de esto, presenta mayor ventaja sobre los registros que
proporcionan los sistemás de control ya que cuenta con mayor capacidad de
memoria de almacenamiento y posee vínculo con el programa Microsoft
Office Excel, la cual permite alcanzar diversas aplicaciones
para la
extracción, manejo y análisis de los datos de proceso deseados.
La metodología de trabajo de este programa, una vez que ha sido
instalado, consiste en la introducción de
los códigos o seriales
correspondientes a los instrumentos de medición existentes para cada
equipo o tubería, cuando ya se ha reconocido el código del instrumento,
aparece en pantalla el valor que tiene la variable medida en ese momento, en
caso que se requiera el registro de valores en tiempo pasado, solo se
necesita introducir la fecha y hora del día deseado y el programa arrojará
automáticamente el valor que corresponde a dicha fecha.
95
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
DERECH
CAPITULO IV
ANALISIS DE RESULTADOS
CAPITULO IV: ANALISIS DE RESULTADOS
CAPITULO IV
ANALISIS DE RESULTADOS
OS
D
A
V
R
E
S
Edesarrolló
cada fase de la investigación
queR
se
empleando la metodología
S
O
H
C
E
R
indicadaD
enE
el capitulo anterior.
En esta sección se presentan y discuten los resultados obtenidos para
4.1.- FASE I: Requerimientos de los usuarios del Sistema de Agua de
Enfriamiento de la planta PVC II de El Tablazo.
Antes de presentar los requerimientos caracterizados para cada
usuario del sistema, se muestra la tabla Nº 5, la cual hace referencia a la
identificación de dichos usuarios y la descripción de la operación que realizan
dentro del proceso que se desarrolla en la Planta PVC II.
USUARIO
PLY-1E/2E/3E/4E/5E
DESCRIPCION
Chaqueta de enfriamiento del polimerizador
HE- 5F
Enfriador de agua de sello
HE-11F
HE-1F
HE-3F
HE-2R/3R/4R/5R
Condensadores de Amoniaco
RF-1R/2R/3R/4R/5R
Compresores de Amoniaco
HE-7B
Enfriador agua de centrifuga
HE-3G
Enfriador de fondo de columna despojadora CL-1G
HE-6H
Enfriador de aire de transporte
97
HE-7H
Enfriador de aire fluidización
HE-8H
Enfriador de aire de transporte de producto
CM.-1U
Enfriador de Nitrógeno
CM.-2U
Enfriador de Nitrógeno
HE-3U
Enfriador de aire respirable
CN-5F
Condensador de purga de vapor de MVC
CN-1G
Condensador de columna despojadora CL-1G
OS
D
A
V
R
E
ESde agua
R
PU-6B/7B/12B HBombas
de
carga
S
O
C
DERE Bombas de carga de MVC de recobro hacia los
PU-3B/4B/16B
CN-1D
Condensador de columna despojadora de aguas
residuales
PLY-1E/2E/3E/4E/5E
CV-2H
Transportador de torta húmeda al secador rotatorio
Tabla Nº 5. Identificación de Usuarios del Sistema de Agua de Enfriamiento de la
planta PVC II de El tablazo.
Fuente: Manual de operaciones. Planta PVC II- Servicios.
En la tabla se observa como el servicio de agua de enfriamiento se
utiliza básicamente para las operaciones de intercambio de calor, es decir, en
equipos tales como Intercambiadores, condensadores y enfriadores tanto de
corrientes del proceso, como de corrientes provenientes de otros servicios,
entre ellos el de Amoniaco, Nitrógeno y aire respirable. Así mismo el agua de
enfriamiento se emplea en algunas de las bombas de la planta, en éstas, la
transferencia de calor también
presenta cierta relevancia
puesto que la
función principal de este tipo de agua es remover el calor generado por la
fricción que se crea durante el movimiento del eje que conecta la bomba con
el motor, conocido como “sello de la bomba”.
Entre los usuarios mas importantes del sistema de agua de enfriamiento
que fueron identificados, se encuentran los reactores PLY-1E/2E/3E/4E/5E,
que como ya se ha explicado son reactores tipo Batch donde se lleva a cabo
98
la polimerización del MVC, la función del agua de enfriamiento a través de
la chaqueta
externa del reactor, es de gran importancia debido a que ésta
es la responsable de remover aproximadamente entre el 20 y 30 % del calor
generado por la reacción, dependiendo del grado de resina que se esté
produciendo, calor que de no ser retirado traería grandes consecuencias
aguas abajo de la reacción, dando como resultado un producto fuera de
especificación.
OS
D
A
V
R
E
ES
R
4.1.1.- Requerimientos
por
diseño
de los usuarios del sistema
S
O
H
C
E
R
DE
En la siguiente tabla se presentan los resultados obtenidos de la
caracterización de los requerimientos, según criterios de
diseño, de los
equipos que reciben el servicio de agua de enfriamiento.
USUARIO
PLY-1E
PLY-2E
PLY-3E
PLY-4E
PLY-5E
Total
Conjunto
HE-5F
HE-11F
HE-1F
HE-3F
Total
Conjunto
RF-1R
HE-2R
RF-2R
HE-3R
RF-3R
HE-4R
RF-4R
HE-5R
Total
Conjunto
FLUJO
(m3/h)
296.3
296.3
296.3
296.3
296.3
T entra
(ºC)
32
T sale
(ºC)
36.4
36.4
36.4
36.4
36.4
∆P
(Kg/cm2)
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
39
39
39
39
0.102
0.102
0.102
0.102
1481.5
21.9
21.9
21.9
21.9
87.6
38
385
38
385
38
385
38
385
37.6
37.6
37.6
37.6
37.6
37.6
37.6
37.6
0.21
0.21
0.21
0.21
1692
99
RF-5R
HE-7B
HE-3G
HE-7H
HE-8H
HE-6H
CM-1U
CM-2U
CN-1G
CN-1D
CV-2H
PU6B/7B/12B
PU3B/4B/16B
Filtros
57
114
63.8
7.2
13.5
8.9
2.1
22.0
44.6
36
5
37
42
49
42
37
35.5
35
35
43.1
43
43
0.21
0.21
0.21
0.21
0.21
0.20
0.20
0.21
0.21
0.21
0.20
39
0.20
---------------
---------------
OS0.20
49
D
A
V
R
E
OS RES
2.1
DERECH2.1
180
Tabla Nº 6. Requerimientos de los usuarios del Sistema de Agua de Enfriamiento
de la planta PVC II. Datos de Diseño.
Fuente: Lugo-Meléndez 2007.
Como resultados obtenidos se muestran los valores de flujo en metros
cúbicos/hora, las temperaturas de entrada y salida expresadas en grados
centígrados así como la caída de presión
que presenta el agua de
enfriamiento entre los puntos de entrada y salida a través de cada equipo o
usuario del sistema.
En la tabla se observa como varían
los requerimientos de flujo o
caudal para cada uno de los usuarios, pudiendo conocer con esto que los
que presentan mayor demanda del servicio son: el conjunto HE-XR y RF-XR,
solicitando un flujo total de 1692 m3/h y el conjunto de Polimerizadores PLYXE los cuales requieren un consumo total de 1482 m3/h. Esta observación es
significativa considerando que el sistema está diseñado para suministrar un
caudal de 3600 m3/h para un total de 34 equipos y que el posible sexto
polimerizador a ser instalado solicitaría un mayor requerimiento de flujo
comparado con el ya suministrado al conjunto PLY-1E/2E/3E/4E/5E. Cabe
100
destacar que el total de flujo suministrado a cada Polimerizador es de 296.3
m3/h de los cuales 295.3 son utilizados por la chaqueta y 1.0 m3/h que se
emplea para servicio del agitador del reactor.
Por otra parte, se tiene que la temperatura de suministro del servicio
hacia todos los equipos que lo utilizan se mantiene a 32 ºC, mientras que las
temperaturas de retorno mostradas son las máximas temperaturas a las que
Estas
OS
D
A
V
R
E
S de 36 a 49 ºC. , lo que indica que
temperaturas de salida oscilan
en R
un E
rango
S
O
H
C
E
DEdeRtemperatura
el diferencial
se mantiene entre 4 y 10 ºC.
puede retornar el agua que sale de cada usuario en particular.
Además de los requerimientos de los usuarios, se hizo una
caracterización del sistema en la cual se describe el perfil de diseño de la
Torre de Enfriamiento WCT-1W y de las Bombas de suministro PU1W/2W/3W.
En las tablas Nº 7 y Nº 8, se describen las características de ambos
equipos respectivamente.
Característica
Flujo de circulación de agua
Flujo máximo de circulación de agua
Circulación de agua en cada celda
Temperatura de salida del agua
Temperatura de entrada del agua
Temperatura de bulbo húmedo, entrada
Temperatura de bulbo húmedo, ambiente
Elevación del cabezal de las bombas
Potencia total de los ventiladores, ambiente
Perdidas de flujo circulante
Perdidas por evaporación
Flujo a filtros laterales
Calor transferido, mm Kcal/h
Elevación sobre el nivel del mar
Especificación
de Diseño
3600 m3/h
5400 m3/h
1800 m3/h
32 ºC
37.8 ºC
28.5 ºC
28.5 ºC
5.15 m
204 KW
0.0005 %
53 m3/h
180 m3/h
20.16 m3/h
18 m
101
Carga de diseño por viento
Dimensión de cada celda, LxA
Dimensión total de la torre, LxA
Altura total de la torre
Altura de entrada de agua a la torre
Altura de salida de agua de la torre
(piscina BS-1W)
100 km/h
10.67mx10.67m
11.59mx33.54m
9.270 m
3.865 m
2m
Tabla Nº 7. Especificaciones de diseño de la WCT-1W
OS
D
A
V
R
E
ES
R
S
La torre de enfriamiento
cuenta
con 3 celdas, de las cuales 2 se
O
H
C
E
R
E
D
mantienen en operación y una de respaldo. Esta misma estrategia de
Fuente: Hoja de datos de la WCT-1W.
operación se aplica a las bombas de suministro PU-1W/2W/3W.
Característica
Flujo mínimo manejado
Presión de Succión
Presión de Descarga
Diferencial de Presión
Cabezal Dinámico Total (TDH)
NPSH disponible
NPSH requerido
Diámetro máximo del Impulsor
Diámetro mínimo del impulsor
Diámetro actual
Tipo de Impulsor
Revoluciones
Potencia del Motor (BHP)
Eficiencia
Especificación de
Diseño
543.1 m3/h
0.01 Kg/cm2
4.63 kg/cm2
4.7 kg/cm2
47 m
8.5 m
5.6 m
570 mm
438 mm
519 mm
Cerrado
1180 rpm
288,2 kw
88%
Tabla Nº 8. Especificaciones de diseño de las PU-1W/2W/3W.
Fuente: Hoja de datos de las P-1W/2W73W.
102
4.1.2.- Requerimientos por operación de los usuarios del sistema
Para los datos de operación se caracterizaron los requerimientos de
los usuarios más importantes del sistema según sus condiciones reales de
operación.
En las siguientes tablas se muestran los requerimientos de operación
S
ADO
V
R
E
S
E
R / RF-XR.
SHE-XR
y compresores de Amoniaco
O
H
C
E
R
DE
de los Polimerizadores PLY-XE y el conjunto formado por los condensadores
En vista de que los 5 polimerizadores operan a las mismas condiciones
al igual que el conjunto de condensadores y compresores, se tomaron como
referencia el PLY-3E y el
HE-2R
respectivamente, para establecer los
valores de operación.
PLY-3E
Q agua entra
(m3/h)
Tagua entra (ºC)
Tagua sale (ºC)
Día 1
Día 2
Día 3
Promedio
278.66
280.4
280.3
279.78
24.012
29.98
24.260
30.05
25.592
30.01
24.261
30.03
Tabla Nº 9. Requerimientos reales de agua de enfriamiento de los PLY-XE.
Fuente: Lugo- Meléndez. 2007
Según la información obtenida, cada reactor requiere 279.78 m3/h de
agua, sin embargo se debe recordar que estos 5 equipos no
operan
simultáneamente, lo que significa que el total de flujo para el conjunto
completo de polimerizadores no puede calcularse como la suma de los 5
consumos ya que no todos reciben el suministro del servicio al mismo
tiempo. Debido a la importancia de este dato, el valor fue obtenido de la tesis
de pregrado elaborada por los autores Bracho-Van der Biest
(15)
, conociendo
103
así que el conjunto actual de cinco (5) Polimerizadores consume un flujo real
de 1330 m3/hr, mientras que, al ser adicionado el sexto polimerizador, el
conjunto completo de polimerizadores consumirá un total de 1660 m3/hr.
HE-2R
Q agua entra
(m3/h)
Tagua entra (ºC)
Tagua sale (ºC)
∆P
(kg/cm2)
Día 1
Día 2
Día 3
Promedio
302.2
289.6
287.4
293.1
27.3
29.0
OS
DERECH
29.6
OS
D
A
V
R
E
S
E
R
26.4
30.1
26.5
29.8
26.7
0.15
Tabla Nº 10. Requerimientos reales de agua de enfriamiento de los HE-XR.
Fuente: Lugo- Meléndez. 2007
De la misma forma se registraron las condiciones de operación de la
torre WCT-1W y de las bombas PU-1W/2W/3W para efectos de la evaluación
del comportamiento real del sistema.
Presión (Kg/cm2g)
Temperatura (ºC)
3
Flujo de salida (m /h)
Suministro
4. 95
Retorno
1.0
Suministro
28.9
Retorno
33
Suministro
3328
Retorno
3320.5
Tabla Nº 11. Condiciones de Operación de la Torre WCT-1W.
Fuente: Lugo-Meléndez. 2007
104
P descarga
(Kg/cm2)
PU-1W
PU-2W
PU-3W
Día 1
5.6
------
4.7
Día 2
5.8
------
5.0
Día 3
5.4
------
4.9
Promedio
5.6
------
4.8
Flujo Promedio
(m3/h)
1665
1665
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
Tabla Nº 12. Condiciones de operación de las Bombas PU-1W/3W.
DERECHFuente: Lugo- Meléndez. 2007
Las condiciones de la bomba PU-2W no aparecen registradas, ya que
durante el periodo de tiempo que se tomaron los datos de operación, sólo se
encontraban funcionando las bombas PU-1W y PU-3W, lo que significa que
la PU-2W se encontraba como respaldo.
4.2.- FASE II: Simulación del Sistema de agua de enfriamiento de la
Planta PVC II de El Tablazo.
4.2.1.- Levantamiento de la red de tuberías del Sistema
Como se describió en el capitulo anterior, para la creación del
diagrama de flujo o modelo de simulación requerido para evaluar
hidráulicamente el sistema, fue necesario realizar un levantamiento de
campo, en el cual se recolectó toda la información referente a la red de
tuberías que constituyen el sistema. Es de suma importancia recalcar la
simetría observada entre la línea de suministro y la línea de retorno, es decir,
ambas tuberías presentan exactamente el mismo dimensionamiento, número
y tipo de accesorios. En el caso de las líneas principales o cabezales, éstas
se mantienen una al lado de la otra separadas por un distancia de 0.50 m, y
presentan cuatro (4) tramos de tubería recta y diámetro variable de: 26”, 12”,
105
4” y 3”
con una longitud
de 157.4 m, 65.2 m, 127.4 m y 21 m
respectivamente, lo que suma una longitud total de 371 m.
Esta observación facilitó la recolección de datos, al permitir la
visualización de ambas tuberías y sus ramificaciones de forma simultanea.
En el anexo Nº 2, se aprecia el resultado obtenido del levantamiento de la
red de tuberías, representado por la línea 82100 en formato isométrico.
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
4.2.2.- Premisas de Simulación
DERECH
Para la simulación desarrollada en el conjunto PIPEPHASE 9.1 se
tomaron en cuenta las siguientes premisas con el propósito de simplificar la
creación y simulación del modelo de la red de tuberías del sistema.
• En la creación del modelo definido para la simulación, se consideró la
agrupación de aquellos usuarios que presentan iguales condiciones de
operación y dimensionamiento, a manera de representar cada conjunto
de equipos en un solo ramal, para esto fue necesario el cálculo del
diámetro de una nueva tubería capaz de mantener las mismas
condiciones de velocidad y flujo manejado por el cabezal de suministro
(línea 82100) y por el cabezal de retorno (línea 82500) en cada punto
de bifurcación o nodo.
• Una vez evaluado hidráulicamente el sistema a capacidad actual (fase
II), para realizar la simulación del sistema a máxima capacidad (fase
III), al modelo definido sólo se le realizarán aquellas modificaciones
correspondientes a la adición del sexto polimerizador, manteniendo
igual los requerimientos del resto de los usuarios.
106
•
Para el estudio de las velocidades relacionadas al transporte de
fluidos y manejo de líquidos, se hará referencia a los valores
recomendados por el MID Vol. 13–III. PDVSA Nº 90616.1.024.
Dimensionamiento de Tuberías de Proceso.
El sistema de tuberías está constituido por dos líneas principales, la de
suministro que inicia desde el cabezal de succión de las bombas PU-1W/3W
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
y finaliza en el último usuario del sistema (HE-7H), y la de retorno que inicia
ERECH
D
general, las tuberías principales están conformadas por 16 nodos, los cuales
desde el ultimo usuario del sistema hasta la torre WCT-1W. En sentido
representan las bifurcaciones hacía cada usuario del sistema. Partiendo de lo
establecido en las premisas de cálculo, se agruparon en un solo ramal: el
conjunto de condensadores y compresores de amoníaco HE-2R/3R/4R/5R y
RF-1R/2R/3R/4R, las bombas PU-6B/7B/12B, los polimerizadores PLY1E/2E/3E/4E/5E, los intercambiadores HE-1F/3F/5F/11F y las bombas PU3B/4B/16B.
Inicialmente, se creó un modelo en el cual se representó el sistema
completo, es decir, se incluyeron en un mismo diagrama de flujo tanto las
tuberías de la red de suministro como las de retorno, sin embargo, debido a
la complejidad que implicó la representación de las dos líneas principales en
un mismo modelo de simulación, se definieron modelos individuales en los
cuales se esquematizó cada tubería por separado. El diagrama de flujo de la
tubería de suministro se diseñó para representar a todos los usuarios del
sistema en una misma corrida, a diferencia del diagrama diseñado para la
tubería de retorno en la cual la línea se subdividió en siete (7) tramos de
tubería, incluyendo en cada una de éstos un máximo de tres (3) usuarios.
107
4.2.3.- Simulación de la línea de Suministro 82100
La figura 17, corresponde al diagrama de flujo creado para la línea
82100,
a
través
del
cual
fue
posible
simular
hidráulicamente
el
comportamiento del sistema actual del servicio.
El modelo inicia con los nodos de origen PU-1W y PU-3W los cuales
OS
D
A
V
R
E
ESel caudal manejado por cada bomba
R
nomenclatura, en estos nodos
se estimó
S
O
H
C
E m /h bajo una presión fijada a 0 psig, que es la presión
DEdeR1665
en un valor
representan la succión de las bombas a las cuales corresponde dicha
3
promedio estimada cerca del puerto de entrada de la bomba durante la
operación (piscina BS-1W). La temperatura considerada para cada nodo de
origen es la correspondiente a la temperatura del agua que maneja la torre
según criterios de diseño, es decir, 32 ºC.
De cada nodo de origen emerge una (1) línea en la que se incluye la
tubería de succión, la bomba y la tubería de descarga hacia el cabezal
principal de suministro. Entre los datos introducidos a cada bomba se
encuentran las curvas características* de las mismas, las cuales se utilizaron
para describir los valores de caudal, cabezal y eficiencia manejados por
éstas en relación al diámetro del impulsor (519 mm) con el que cuentan
según sus especificaciones de diseño.
* Refiérase al apéndice D para observar la Data Sheet y curvas características de las
Bombas PU-1W/2W/3W.
108
OS
D
A
V
R
E
S
HOS RE
DEREC
Figura 17. Diagrama de flujo de la línea 82100
Pantalla de esquematización. PIPEPHASE 9.1
109
Ambas líneas de origen (L034 y L036) convergen en el punto J016, en
el cual se introdujo una presión de 65.85 psig (4.63 Kg/cm2) correspondiente
a la presión manejada por el cabezal de descarga de las bombas o cabezal
principal de suministro. A partir de este punto se mantiene la línea principal
(L055-L017), conformada por 16 nodos (J000-J015) los cuales representan
las bifurcaciones o ramificaciones hacia cada usuario o conjunto de usuarios.
OS
D
A
V
R
E
ES correspondientes a cada una de
horizontal y vertical así como
los R
diámetros
S
O
H
C
ERlosE accesorios con los que cuenta la tubería tales como:
éstas, yD
todos
Cada línea o ramificación (L002-L033), incluye las tuberías en tramo
codos, reducciones, expansiones y válvulas. Al final de cada ramificación se
encuentra un nodo de salida en el cual se fijaron los caudales y se estimaron
las presiones. Los caudales fijados para cada nodo de salida corresponden a
los datos de diseño, a excepción del caudal fijado al conjunto de
polimerizadores, ya que este conjunto no posee un valor pre-establecido de
diseño,
por lo tanto el caudal introducido para realizar la corrida de la
simulación fue de 1330 m3/hr, correspondiente al valor real de operación.
Una vez introducidos todos los datos requeridos por el modelo, se
corrió la simulación del mismo, logrando obtener resultados satisfactorios que
permitieron determinar la capacidad del sistema de agua de enfriamiento con
el que cuenta la planta actualmente, en base a la evaluación del
comportamiento hidráulico de la red de tuberías de distribución de dicho
servicio.
Las siguientes tablas, muestran los resultados obtenidos luego de la
corrida del modelo empleado para simular la línea 82100. La información
presente en las tablas se enfoca hacia los parámetros fundamentales
considerados por la evaluación hidráulica, es decir, caudales, presiones y
velocidades manejados por el sistema de tuberías.
110
OS
D
A
Desviación
Presión
V
R
E
S (%)
(psig)
S
(m
/h)
(mR
/h)E
O
H
C
E
R
1665
1396.7
16
0.0041
DE
Nodos de
Origen/Salida
PU-1W
PU-3W
CM-1U
HE- 2R/3R/4R/5R
PU-6B/7B/12B
PLY1E/2E/3E/4E/5E
RF-5R
HE-1F/3F
HE-5F/11F
HE-3G
CN-1G
PU-3B/4B/16B
CN-1D
HE-7B
CV-2H
HE-6H
HE-8H
HE-7H
Qintroducido
Qresulatne
1665
2.100
1540
6.300
1330
1931.4
2.103
1542
6.308
1331.7
16
0.11
0.12
0.12
0.12
0.0041
59.44
56.70
61.73
46.49
Presión
(Kg/cm2)
0.00029
0.00029
4.18
3.98
4.34
3.27
57.00
44.00
44.00
64.00
45
6.300
36.00
114.00
5.00
8.90
14.00
7.20
57.07
44.06
44.06
64.08
45.06
6.308
38.05
114.10
5.06
8.91
14.02
7.209
0.12
0.13
0.13
0.12
0.12
0.12
0.50
0.08
0.12
0.08
0.14
0.12
56.69
62.63
62.63
60.80
54.45
58.57
48.86
60.57
42.15
59.78
63.13
69.56
3.98
4.40
4.40
4.27
3.83
4.12
3.43
4.26
2.96
4.20
4.44
4.89
3
3
Tabla Nº 13. Resultados de caudal y presión obtenidos para cada nodo de salida o usuario
del sistema.
Fuente: Lugo-Meléndez 2007
111
Nodos de la línea
principal 82100
J016
J000
J001
J002
J003
J004
J005
J006
J007
J008
J009
J010
J011
J012
J013
J014
J015
Presión
(psig)
59.11
58.52
58.36
58.31
58.21
58.21
58.21
58.21
57.96
57.95
57.95
57.93
57.91
54.99
54.89
61.75
61.72
Presión
(Kg/cm2)
4.1539
4.1100
4.1000
4.1000
4.0906
4.0906
4.0906
4.0906
4.0730
4.0720
4.0720
4.0709
4.0690
3.8643
3.8573
4.3394
4.3373
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
DERECH
Tabla 14. Resultados de presión obtenidos para cada nodo de bifurcación de la línea 82100.
En la tabla Nº 13, se observan los valores de caudal y presión de agua
de enfriamiento arrojados por la simulación para cada usuario del sistema.
Como se puede apreciar las desviaciones entre los caudales introducidos al
modelo y los caudales resultantes se encuentran por debajo del 5%, lo que
indica que se encuentran dentro del margen de error establecido para efectos
de la investigación y que por lo tanto la capacidad del sistema cubre
satisfactoriamente los requerimientos de caudal de los usuarios.
A diferencia de lo descrito anteriormente, las desviaciones calculadas
para los nodos de origen PU-1W y PU-3W presentan un margen de error del
16%, lo que permitió identificar que el modelo de simulación presenta una
deficiencia al momento de representar la operatividad o funcionamiento de
las bombas de acuerdo a la forma en las que éstas manejan el flujo total
112
suministrado por el sistema. Esta deficiencia se debe a que el flujo manejado
por las bombas que se consideró para la corrida de la simulación no fue el
apropiado, ya que, siguiendo las especificaciones de diseño establecidas
para el sistema, cada bomba aporta la mitad del caudal total suministrado por
el mismo.
De acuerdo con los resultados obtenidos, se observa que el caudal
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
manejado no es igual para cada bomba, a pesar de que el arreglo de éstas
RECH
E
D
comportan de la manera descrita por el servicio, aunque de igual forma
es en paralelo y que presentan las mismas especificaciones de diseño, no se
mantienen el balance de flujo del sistema. La razón por la cual ocurre está
situación puede atribuirse a que las tuberías de descarga de ambas bombas
presentan diferencias en cuanto a la distancia que el fluido succionado por
cada una de éstas debe recorrer hasta llegar al punto de convergencia o
cabezal de descarga donde se unen los caudales aportados por cada bomba
para totalizar el balance de flujo requerido por los usuarios. Esta diferencia
hace posible que el caudal manejado por la bomba PU-3W, cuya distancia es
más próxima al punto de suministro hacia usuarios
(ultima bomba del
arreglo), sea mayor que el caudal manejado por la PU-1W (primera bomba
del arreglo) que se encuentra mas alejada al punto de suministro hacia
usuarios.
Para comprender mucho mejor esta explicación, se detalla, que el flujo
descargado por la PU-3W recorre 6 metros de tubería para llegar al punto de
convergencia entre las dos bombas, mientras que la distancia recorrida por el
flujo que descarga la PU-1W es de 8 m ya que para alcanzar la descarga de
la ultima bomba debe recorrer la distancia que la separa de ésta.
Otra observación que indica que las bombas se comportan de la forma
descrita anteriormente, es la diferencia existente entre las presiones reales
113
de descarga medidas para cada bomba. Como se observó en la tabla Nº 12,
la bomba PU-1W opera con una presión de descarga mayor que la de la
bomba PU-3W, la explicación de esto se debe a la misma causa, ya que, la
PU-1W debe descargar a mayor presión de tal forma que al coincidir el flujo
descargado por ésta con el flujo descargado por la PU-3W, que aporta mayor
caudal a menor energía, sea posible mantener las condiciones de presión
(4.63 Kg/cm2) necesarias para que el flujo total pueda ser transportado a
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
través de la red de tuberías, cumpliendo con las condiciones de velocidad y
DERECH
caudal que definen su comportamiento hidráulico.
Cabe mencionar que según los resultados arrojados por la simulación,
las bombas PU-1W y PU-3W presentan un cabezal (TDH) de 46.02 m y
45.96 m respectivamente con una eficiencia de 87% para la primera y 75 %
para la segunda, éstos valores presentan un alto grado de confiabilidad ya
que coinciden con las especificaciones de diseño definidas por el licenciante
para estos equipos.
En cuanto a las presiones resultantes para cada nodo de salida o
usuario del sistema y para los nodos que componen la línea principal,
mostrados en la tabla Nº 14, éstas no pudieron ser validadas para determinar
su confiabilidad, ya que no existen valores operacionales o de diseño con los
cuales comparar
los valores arrojados por la simulación, sin embargo,
considerando el hecho de que las presiones obtenidas se encuentran dentro
de los valores de presión manejados por el cabezal de descarga de las
bombas, se podría afirmar que los resultados de presión obtenidos son
aceptables y pueden ser considerados como indicador para determinar el
comportamiento real del sistema.
114
Tubería principal/82100
Línea
L034
L036
L055
L003
L004
L005
L006
L007
L008
L009
L010
L011
L012
L013
L014
L015
L016
L017
Caída
Presión
(psig)
------------------0.590
0.160
0.050
0.210
0.000
0.000
0.000
0.260
0.010
0.000
0.020
0.020
2.920
0.100
---------0.030
Caída
Presión
(Kg/cm2)
-----------------0.040
0.011
0.004
0.007
0.000
0.000
0.000
0.018
0.0007
0.000
0.001
0.001
0.200
0.007
---------0.002
Velocidad
(m/s)
3.00
2.17
2.80
2.84
1.52
1.52
0.38
0.33
0.29
0.26
0.91
0.74
0.72
0.58
1.19
1.02
1.24
0.42
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
DERECH
Ramificaciones hacia Usuarios
L002
L0018
L0019
L0020
L0021
L0022
L0023
L0024
L0025
L0026
L0027
L0029
L0030
L0031
L0032
L0033
0.95
1.66
---------11.73
1.52
---------------------------3.5
---------9.070
---------12.84
----------------------------
0.06
0.12
---------0.8
0.10
---------------------------0.246
---------0.637
---------0.902
----------------------------
0.27
1.32
0.325
2.28
1.94
1.49
1.49
2.17
1.53
0.81
1.22
0.44
1.06
1.15
0.82
0.42
Tabla 15. Caídas de presión y velocidades a través de las líneas del sistema.
115
La tabla Nº 15, presenta los resultados de velocidad y caída de
presión calculados por el simulador
para las líneas representadas en el
modelo de la tubería de suministro. A pesar de que los valores reales de
velocidad a través de las tuberías tampoco se encuentran disponibles entre
la información obtenida en planta, al considerar las premisas establecidas
para el desarrollo de la simulación, se tiene que las velocidades resultantes
para cada línea del sistema, cumplen con las condiciones de velocidad
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
permisibles para el fluido manejado bajo las especificaciones de diámetro de
RECH
E
D
encuentran por debajo de los 12 ft/s (3.66 m/s) que es el limite máximo de
las tuberías que lo transportan en vista de que los valores calculados se
velocidad recomendado por la norma seleccionada para el transporte de
agua en tuberías cuyos diámetros se encuentran entre 1 y 10 pulg. En el
estudio de velocidad de las líneas del sistema no se encontró ningún
excedente en los valores obtenidos ya que se mantienen dentro de las
normas PDVSA, con lo que se descarta la posibilidad de erosión en las
tuberías a causa de altas velocidades.
Los valores que aparecen en la tabla con una
línea, no se
especifican, ya que en éstas no existe caída de presión sino incremento en la
misma a causa de los cabezales de altura respecto a la línea principal de
suministro.
Las caídas de presión calculadas para la línea principal, indican que
las pérdidas de presión por fricción a través de la tubería, son mínimas ya
que se encuentran por debajo de 3 psig (0.21 kg/cm2), con esto se puede
afirmar que las tuberías con las que cuenta el sistema se encuentran en
buenas condiciones, libres de ensuciamiento, corrosión, incrustaciones o
cualquier otro problema que pudiera afectar o restringir el diámetro interno de
las tuberías generando cambios desfavorables en la velocidad y demás
condiciones de transporte del fluido.
116
Por otra parte, las pérdidas de presión obtenidas para los ramales o
tuberías que comunican el flujo desde la línea principal de suministro hasta
cada usuario o equipo que lo solicita, pueden tomarse como despreciables ya
que no superan los 13 psig (1kg/cm2) de presión, lo que indica que el fluido
una vez que ha salido del usuario mantiene las condiciones de presión
suficientes para retornar por la línea 82500 hacia la torre de enfriamiento,
esto se puede corroborar apreciando que las presiones de salida de los
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
usuarios mostradas en la tabla Nº 13, se mantienen en un valor promedio de
DERECH
de 55.5 psig ( 4 kg/cm2).
4.2.4.- Simulación de la Línea de Retorno 82500
La simulación de la tubería de retorno se realizó en tramos separados
a fin de lograr una representación ideal de su comportamiento, ya que,
tomando en cuenta la función para cual fue diseñada (retornar el agua de
enfriamiento hacia la torre WCT-1W), se considera menos compleja que la
representación de la línea 82100 en vista de que en este punto del servicio
no existen suficientes condiciones que limiten la operatividad del mismo.
Para reproducir el comportamiento del sistema de tuberías de retorno
y de las ramificaciones a través de las cuales se comunica el fluido desde los
usuarios hasta el cabezal principal de retorno, se definieron 7 modelos de
simulación, en cada uno de los cuales se incluyeron 3 ramificaciones, es
decir, 3 usuarios o conjunto de usuarios junto con la línea principal.
En la caracterización de los modelos, se utilizaron como datos de
entrada, los valores de presión y caudal resultantes de la corrida o
evaluación de la línea 82100 con el propósito de mantener la relación
existente entre ambas líneas. Los datos fueron introducidos según el orden
117
en el cual se simuló cada tramo (desde el HE-7H hasta la WCT-1W), fijando
a cada nodo de origen la presión y el caudal correspondiente.
La figura 18 muestra el diagrama de flujo o modelo con el cual se
simuló el último tramo de la línea 82500.
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
DERECH
Figura 18. Diagrama de flujo del último tramo de la línea 82500
Pantalla de esquematización. PIPEPHASE 9.1.
Para efectos del análisis de resultados, se consideraron aquellos
valores obtenidos en la última simulación, comprendida desde las bombas
PU-6B/7B/12B hasta la torre WCT-1W, ya que a través de ésta fue posible
118
evaluar el comportamiento general de la red de tuberías de retorno al
verificar que la presión de llegada a la torre de enfriamiento es de 0 psig, al
comparar este valor con el dato operacional obtenido de los medidores de la
torre, se logró comprobar que la presión resultante difiere un 0.45% de la
presión real, lo que significa que el sistema de retorno se comporta de
acuerdo a la forma esperada.
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
En cuanto a condiciones de flujo y velocidad se refiere, se observó que
RECH
E
D
en vista de que el caudal obtenido en el nodo de salida WCT-1W es de
la línea existente mantiene el balance de masa especificado para el sistema
3325.5 y que comparado con el dato operacional arroja una desviación del
0.16%. Por otra parte, se tiene que las caídas de presión y velocidades
resultantes para las líneas de retorno se mantienen alrededor de las mismas
condiciones de las líneas de suministro, debido a que ambas tuberías es
decir, la tubería de suministro y la de retorno presentan exactamente el
mismo dimensionamiento y el mismo número de accesorios.
Los resultados obtenidos en está fase de la investigación permitieron
determinar que la línea 82100 y 82500 mantienen eficientemente las
condiciones de suministro y retorno del sistema de agua de enfriamiento de
la planta PVCII, logrando comprobar que el sistema se comporta de acuerdo
a las especificaciones dadas para el servicio y que la red de tuberías que
constituyen el sistema están en condiciones de manejar eficazmente la
capacidad actual del mismo.
119
4.3.- FASE III: Análisis de la factibilidad técnica de la adición de un
sexto Polimerizador.
Empleando el modelo de simulación creado en la fase anterior para
representar el sistema de suministro de agua de enfriamiento, se procedió a
realizar los cambios necesarios al mismo de manera tal que fuera posible
representar el comportamiento que tendrá el sistema con la adición del sexto
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
polimerizador para determinar si es factible su instalación. Entre las
RECH
E
D
manejado por el conjunto de polimerizadores, cambiando el consumo actual
modificaciones realizadas al modelo se encuentran: la variación del caudal
de 1330 m3/h a 1660 m3/h, que es el caudal requerido por el conjunto de 6
polimerizadores y la sustitución del
diámetro de la tubería que suple al
conjunto actual por un diámetro mayor capaz de mantener el nuevo
requerimiento de flujo.
Siguiendo
las premisas establecidas en la fase II,
los demás
usuarios permanecieron sin ninguna modificación o cambio al cual hacer
referencia.
El modelo utilizado para correr el nuevo escenario de operación fue el
mismo modelo mostrado en la figura 17 pero con las modificaciones descritas
anteriormente.
En las tablas que se muestran a continuación se presentan los
resultados obtenidos de la evaluación hidráulica para el sistema de agua de
enfriamiento en base al escenario de máxima capacidad de operación
(Adición de un sexto reactor de polimerización como nuevo usuario del
sistema).
120
Nodos de
Origen/Salida
Qintroducido
3
(m /h)
1665
OS
DERECH
1665
Presión
OS
(psig)
D
(m /h)
A
V
R
E
RES
Qresulatne
Desviaci.
(%)
3.18
16.0
0.14
0.12
0.0041
0.0041
58.37
56.60
0.00029
0.00029
4.10
3.97
3
Presión
(Kg/cm2)
PU-1W
PU-3W
CM-1U
HE- 2R/3R/4R/5R
2.100
1540
1729.1
1929.5
2.103
1542
PU-6B/7B/12B
6.300
6.308
0.12
61.60
4.32
PLY1E/2E/3E/4E/5E/6E
RF-5R
HE-1F/3F
1660
1662.2
0.13
46.36
3.00
57.00
44.00
57.07
44.06
0.12
0.13
56.52
62.46
3.97
4.38
HE-5F/11F
44.00
44.06
0.13
62.46
4.38
HE-3G
64.00
64.08
0.12
59.91
4.21
CN-1G
45
45.06
0.12
54.28
3.81
PU-3B/4B/16B
6.300
6.308
0.12
58.41
4.10
CN-1D
36.00
36.05
0.50
48.69
3.42
HE-7B
114.00
114.10
0.08
60.41
4.24
CV-2H
5.00
5.006
0.12
41.98
2.95
HE-6H
8.90
8.911
0.12
59.62
4.18
HE-8H
14.00
14.02
0.14
63.97
4.49
HE-7H
7.20
7.209
0.12
69.39
4.87
Tabla Nº 16. Resultados de caudal y presión obtenidos para cada nodo de salida o usuario
del sistema.
121
Nodos de la línea
principal 82100
J016
J000
J001
J002
J003
J004
J005
J006
J007
J008
J009
J010
J011
J012
J013
J014
J015
Presión
(psig)
59.16
58.44
58.26
58.18
58.05
58.05
58.05
58.04
57.80
57.79
57.78
57.77
57.75
54.82
54.72
61.58
61.55
Presión
(Kg/cm2)
4.1574
4.1068
4.0941
4.0885
4.0794
4.0794
4.0794
4.0787
4.0618
4.0611
4.0604
4.0597
4.0583
3.8524
3.8453
4.3274
4.5432
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
DERECH
Tabla 17. Resultados de presión obtenidos para cada nodo de bifurcación de la línea 82100.
Los valores sombreados, representan los cambios más significativos
obtenidos con la simulación del nuevo escenario de operación del sistema.
En la tabla Nº 16 se observa que la capacidad de flujo manejado por la PU1W incrementó en un 24% pasando de 1396.7 m3/h a 1729.1 m3/h, mientras
que el caudal calculado para la PU-3W no varió de forma significativa
(disminuyó en 0.10%), esto indica que el aumento de capacidad necesario
para cubrir el requerimiento del nuevo usuario es cubierto por la bomba PU1W.
Cabe destacar que a pesar del cambio observado en el caudal
manejado por la primera bomba, ésta continua aportando menor cantidad de
122
flujo que la ultima bomba, razón por la cual ambos equipos mantienen el
mismo comportamiento descrito en la fase anterior.
El resultado mas importante contenido en la tabla, está representado
por el valor de caudal requerido por el conjunto de seis (6) polimerizadores,
como se aprecia la desviación calculada para este usuario es de 0.13 %, un
valor
bastante aceptable a través del cual se confirma la capacidad del
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
sistema para manejar el nuevo requerimiento o balance de flujo suministrado
RECH
E
D
polimerización como para las demás áreas de la planta podrán ser cubiertos
por el mismo ya que, tanto el nuevo requerimiento para el área de
por el sistema debido a que no se observó ninguna variación en el
comportamiento hidráulico del resto de los usuarios.
Una vez que verificado que el sistema está en capacidad de cubrir la
demanda de servicio a ser solicitada por el nuevo usuario, se procedió a
determinar las condiciones bajo las cuales esto es posible. En la tabla Nº 17,
la fila correspondiente al nodo J016, el cual representa el cabezal de
descarga de las bombas, muestra la presión requerida por
éstas para
soportar la nueva capacidad del sistema. Como se aprecia este valor apenas
difiere del actual por un incremento de 0.08 %, lo que significa que las
condiciones de presión necesarias para el nuevo escenario de operación son
las mismas condiciones existentes para el escenario de operación actual.
Sumado a lo descrito, las bombas PU-1W y PU-3W presentan un
cabezal de 46.05 m y 45.96 m respectivamente, con una eficiencia de 87 %
para ambas, lo que corrobora que no se existe ninguna variación significativa
en las características de las bombas a excepción de los nuevos caudales
manejados.
123
Considerando lo expuesto anteriormente es posible afirmar que las
bombas con las que cuenta el sistema actual mantendrán el comportamiento
hidráulico del mismo cuando se haya adicionado el sexto polimerizador.
Entre
los resultados obtenidos para esta fase de la investigación,
también se observó un ligero cambio en la presión de salida del conjunto de
polimerizadores, registrándose un descenso de 46.49 psig a 46.36 psig,
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
descenso que no afecta significativamente la operatividad del sistema debido
RECH
E
D
despreciablemente y prácticamente se mantienen en los mismos valores
a que las presiones calculadas para el resto de los usuarios disminuyen
determinados para el escenario de capacidad actual del sistema.
(5 polimerizadores).
Las caídas de presión y velocidades calculadas para las líneas del
sistema que se muestran en la tabla Nº 18, no afectan considerablemente el
comportamiento hidráulico de la red de suministro, ya que el incremento de
velocidad registrado para el 7 % de las líneas representadas no excede los
limites de velocidad recomendados por la norma. La velocidad máxima
calculada corresponde a las líneas L036 y L050, las cuales incrementaron su
valor hasta 2.69 m/s y 3,12 m/s respectivamente, este hecho indica que
para el escenario de capacidad máxima del sistema se continúa manteniendo
la condición de velocidad de descarga del fluido entre 2 y 3.5 m/s.
En este caso, las caídas de presión a través de las líneas, se reducen
de forma directamente proporcional a la disminución de presión mostrada
para los nodos descritos en la tabla Nº 17, es decir, los valores de caída de
presión apenas presentan un descenso de 0.001 % de los valores calculados
en el caso anterior.
124
Tubería principal 82100
L034
L036
L055
L003
L004
L005
L006
L007
L008
L009
L010
L011
L012
L013
L014
L015
L016
L017
Caída
Presión
(Puig)
------------------0.720
0.180
0.080
0.300
0.000
0.000
0.000
0.240
0.010
0.000
0.010
0.020
2.430
0.100
---------0.030
Caída
Presión
(Kg/cm2)
-----------------0.050
0.013
0.005
0.020
0.000
0.000
0.000
0.017
0.0007
0.000
0.001
0.001
0.171
0.002
---------0.005
Velocidad
(m/s)
3.00
2.69
3.12
3.12
1.80
1.80
0.38
0.33
0.29
0.26
0.91
0.74
0.72
0.58
1.19
1.02
1.24
0.42
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
DERECH
Ramificaciones hacia Usuarios
L002
L0018
L0019
L0020
L0021
L0022
L0023
L0024
L0025
L0026
L0027
L0029
L0030
L0031
L0032
L0033
---------1.66
---------11.69
1.53
---------------------------3.51
---------9.080
---------12.84
----------------------------
---------0.12
---------0.821
0.11
---------------------------0.246
---------0.638
---------0.902
----------------------------
0.27
1.32
0.37
2.38
1.94
1.49
1.49
2.17
1.53
0.81
1.22
0.44
1.06
1.15
0.82
0.42
Tabla 18. Caídas de presión y velocidades a través de las líneas del sistema
125
Con respecto a la evaluación realizada a la línea de retorno (82500),
para la simulación, se utilizó el diagrama de flujo presentado en la figura Nº
18. Siguiendo la misma metodología, se modificaron los caudales manejados
por los usuarios y se consideraron los valores de presión determinados con
la simulación de la línea 82100 para el escenario de máxima capacidad de
operación, a forma tal de verificar que se cumple el comportamiento
hidráulico determinado en el caso anterior.
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
RECH
E
D
tiene que: la presión de retorno del fluido hacia la torre permanece invariable
Entre los resultados obtenidos con la simulación de la línea 82500, se
en los 0.004 psig, el balance de flujo se cumple, conociendo que a la torre
regresa el nuevo caudal total manejado por el sistema y que, las velocidades
calculadas a través de las líneas se mantienen dentro de los rangos
calculados para el sistema (inferior a 3.66 m/s).
Habiendo analizado los resultados obtenidos de las simulaciones
realizadas en esta fase, se determinó que el sistema de agua de enfriamiento
está en condiciones de manejar una capacidad máxima de operación de
3658.2 m3/h, caudal total aportado por las dos bombas bajo una presión de
descarga de 4,1574 kg/cm2 y una velocidad de transporte de 3.12 m/s.
Considerando esta interpretación, se afirma que el sistema está en
condiciones de cubrir satisfactoriamente el requerimiento total de flujo que
generaría la adición de un sexto reactor en el área de Polimerización, razón
por la cual es factible la instalación de este nuevo usuario del sistema.
126
S
DERECH
ADO
V
R
E
S
E
OS R
CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
Las conclusiones a las que se llegó con la culminación de este trabajo
de investigación son las siguientes:
OS
D
A
V
R
E
EdeSenfriamiento de tiro inducido que
R
está conformado por
una
torre
S
O
H
C
E
DER
cuenta
con 3 celdas de las cuales 2 se mantienen en operación y una
• El sistema de agua de enfriamiento de la planta PVC II de El Tablazo,
se tiene como reserva. El agua es descargada por tres bombas
dispuestas en paralelo que operan de forma alterna para suministrar el
servicio a un total de 36 usuarios.
• Actualmente los usuarios que presentan mayor demanda del servicio
son: el paquete de compresores e intercambiadores de Amoniaco
RF-1R/2R/3R/4R y HE-2R/3R/4R/5R, consumiendo un flujo total de
1542.0 m3/h y el paquete de polimerizadores PLY-1E/2E/3E/4E/5E
los cuales requieren un consumo total de 1330 m3/h.
• La Bomba PU-1W maneja menor cantidad de flujo que la bomba
PU-3W, lo que refuta la descripción establecida por el servicio de que
cada bomba aporta la mitad del flujo total suministrado por sistema.
• Para evaluar hidráulicamente la red de tuberías, se definieron 2
modelos de simulación en los cuales se representaron por separado la
red de suministro y la red
de retorno, ésto debido a la dificultad
encontrada al momento de representar ambas redes en un mismo
modelo.
128
CONCLUSIONES
• De acuerdo a la evaluación hidráulica de la red de tuberías del sistema
a capacidad actual, se verificó que éste se comporta en conformidad
con las especificaciones dadas para el servicio, manejando una
capacidad de 3328.1 m3/h con una presión de descarga de
4.1539 kg/cm2 y una velocidad 2.80 m/s.
OS
D
A
V
R
E
ESsólo se le realizaron aquellas
R
máxima, al modelo
definido,
S
O
H
C
DERE correspondientes a la adición del sexto polimerizador,
modificaciones
• En la simulación realizada para evaluar el sistema a capacidad
(nuevo
caudal
y
nueva
tubería)
manteniendo
invariables
los
requerimientos del resto de los usuarios.
• A través del análisis de factibilidad realizado con la evaluación
hidráulica de la red de tuberías del sistema, se determinó que está en
capacidad de manejar un flujo máximo de 3658.2 m3/h, bajo
una
presión de descarga de 4,1574 kg/cm2 y una velocidad de transporte
de 3.12 m/s. Tomando en cuenta este hecho, se afirma que el sistema
está en condiciones de cubrir satisfactoriamente el requerimiento total
de flujo que generaría la adición de un sexto reactor en el área de
polimerización, razón por la cual es factible la instalación de este
nuevo usuario del sistema.
• Para la evaluación hidráulica del modelo de simulación desarrollado
para representar el sistema de agua de enfriamiento de la planta se
utilizaron como referencia los Manuales de Ingeniera de Diseño e
Ingeniería de Procesos, volumen 13-III pertenecientes a las normas
PDVSA.
129
S
DERECH
ADO
V
R
E
S
E
OS R
RECOMENDACIONES
RECOMENDACIONES
RECOMENDACIONES
• Analizar la factibilidad técnica de la instalación de un sexto
Polimerizador en base a los demás sistemas relacionados con el área
de Polimerización, entre ellos, sistema de recobro de MVC y sistema
de despojamiento de lechada.
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
ERECH
D
e instrumentación del área W, correspondiente al sistema de agua de
• Actualizar el diagrama de flujo del proceso y los diagramas de tuberías
enfriamiento y de la torre WCT-1W, a manera de incluir las
modificaciones realizadas al sistema y de mejorar la información
suministrada por los mismos.
• Completar la hoja de datos (data sheet) de los polimerizadores
PLY-1E/2E/3E/4E/5E, a fin de ampliar la información incluida en éstas,
en cuanto a la especificación de las condiciones de operación de
dichos equipos.
• Se recomienda instalar medidores de presión en las líneas de entrada
y salida de agua de enfriamiento hacia la chaqueta de los
polimerizadores, con la finalidad de identificar posibles problemas de
obstrucción en las líneas antes mencionadas.
• Considerando la importancia que presenta actualmente la simulación
de procesos en la carrera de Ingeniería Química, se recomienda incluir
en el programa académico de la cátedra Técnicas de Simulación la
utilización de nuevos paquetes de simulación tales como; PIPE
PHASE, INPLANT, etc.
131
BIBLIOGRAFIA
BIBLIOGRAFIA
Libros y Publicaciones Técnicas
1. Crane. 1988. “Flow of fluids through Valves, Fittings and Pipe”. Technical
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
Paper Nº 410. Illinois, USA.
DERECH
2. Fidias, Arias. 1999. “El proyecto de investigación. Introducción a la
Metodología Científica”. 4ta edición. Caracas, Venezuela. Editorial Episteme.
3. Himmelblau, David. 1997. “Principios Básicos y Cálculos en Ingeniería
Química”. 6ta edición. Editorial Prentice Hall Hispanoamérica. S.A.
4. Perry, Robert. Green, Jhon. J, Maloney. 1988. “Manual del Ingeniero
Químico”. 6ta edición. Editorial Mc Graw Hill. México D.F. Tomo I y II.
5. Tamayo, Mario. 1994. “Metodología formal de la investigación científica”.
2da edición. Bogotá, Colombia. Editorial Limusa.
Publicaciones Legales
6. PDVSA. “Manual de diseño de proceso. Bombas; principios básicos”.
Nº MDP-02-P-02. Marzo, 1993.
7.
PDVSA.
“Manual
de
diseño
de
proceso.
Características
de
comportamiento de las Bombas Centrifugas”. Nº MDP-02-P-07. Marzo, 1993.
132
BIBLIOGRAFIA
8. PDVSA. “Manual de diseño de proceso. Flujo de fluidos en fase liquida”.
Nº 02-FF-03. Febrero 1996.
9. PDVSA. “Manual de Ingeniería de diseño. Estudios de flujo en tuberías y
Análisis Hidráulicos”. Nº L-STP-031. Volumen 13-III. Abril, 1999.
10. PDVSA. “Manual de Ingeniería de diseño. Calculo Hidráulico de
Tuberías”.
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
Nº L-TP-1.5. Volumen 13-III. Julio, 1994.
DERECH
11. PDVSA. “Manual de Ingeniería de diseño. Dimensionamiento de tuberías
de proceso”. Nº 90616. 1. 024. Volumen 13-III Noviembre, 1993.
12. PDVSA. “Manual de Ingeniería de diseño. Torre de enfriamiento de Tiro
Inducido”. Nº EF-202-ER. Volumen 8. Mayo, 1993.
13. PEQUIVEN. Petroquímica de Venezuela. Gerencia de Cloro-Vinilos.
Complejo El tablazo. “Descripción del Proceso de la Planta PVC II”.
Consorcio Jantesa- Technipetrol. Diciembre, 1997.
14. PEQUIVEN. Petroquímica de Venezuela. Gerencia de Cloro-Vinilos.
Complejo El tablazo. “Manual de operaciones de la Planta PVC II. Servicios”.
Doc. Nº 000-ML-0000.01 REV.0. Sección 1. Consorcio Jantesa- Technipetrol.
Diciembre, 1997.
Trabajos de Investigación
15. Bracho, Mariexis. Van Der Biest, Rolnad. “Requerimientos máximos de
agua de enfriamiento en el área de Polimerización de la planta PVC II de El
Tablazo”. Agosto 2007.
133
BIBLIOGRAFIA
16. Cano, Tibisay. “Evaluación de la capacidad de enfriamiento y el sistema
de dosificación de químicos en una torre de enfriamiento de tiro inducido
ubicada en el complejo petroquímico Zulia”. 2001.
17. Fox Johansen, Peluffo Mauricio: “Implantación de una torre de
enfriamiento dentro de los laboratorios de Operaciones Unitarias de la
Universidad Rafael Urdaneta”. 2004.
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
DERECH
18. Montiel, Luís. “Evaluación del sistema de refrigeración de Amoníaco de
una Planta de Policloruro de Vinilo”. 2002.
19. Paris, Paola. “Evaluación Hidráulica del sistema de distribución de agua
de enfriamiento de una unidad de craqueo catalítico”. 2002.
Medios Electrónicos
Calvet, Silvia. NTP 527. Reacciones químicas exotérmicas (I): factores de
riesgo y prevención. 2006. www.mtas.es.
CRC, "Handbook of Chemestry and Physics", 847d ed, Ed CRC Press, 2003
– 2004. http://www.energia.gov.ar
Medición. Dinámica de fluidos. Presión. Calibración. Tubos de Bourdon.
Desarrollo experimental. Universidad de Antofagasta. Departamento de
ingeniería mecánica. html.rincondelvago.com/manometro.html.
Simulation sciences inc.
Descripciones de
paquetes de software de
simulación de procesos. PIPE PHASE. Simsci-Esscor, 2.006.
www.angelfire.com/in/iqunimet/proceso.html - 7k
134
135
DEFINICIÓN DE TÉRMINOS BÁSICOS
DEFINICION DE TERMINOS BASICOS
C
Caída de Presión
Disminución de la presión de una corriente líquida o gaseosa que fluye a
E
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
través de una tubería o recipiente.
DERECH
Elemento: Componente de la red, como puede ser un tramo de una
conducción, una válvula, una bomba, de tal manera que se tenga un
comportamiento hidráulico muy bien definido.
F
Factor de fricción Fanning: Es un factor empírico en la ecuación de
Fanning para caídas de presión en tuberías rectas. Este factor es función del
número de Reynolds y la rugosidad relativa a la pared ε /d. Para una
determinada clase de material la rugosidad es relativamente independiente
del diámetro de la línea.
Fluido: Un fluido es una sustancia o medio continuo que se deforma
continuamente en el tiempo ante la aplicación de una solicitación o tensión
tangencial sin importar la magnitud de ésta. También se puede definir un
fluido como aquella sustancia que, debido a su poca cohesión intermolecular,
carece de forma propia y adopta la forma del recipiente que lo contiene.
L
Línea: Conjunto de elementos de una red conectados entre dos puntos, a los
cuales se les puede asociar una ecuación constitutiva que permita
135
136
caracterizar el comportamiento global de los elementos que constituyen la
línea.
N
Nodo: se conoce como nodo a cada uno de los extremos de una línea. O
bien, punto de la red en la que se conectan dos o más líneas.
OS
D
A
V
R
E
S en el flujo de fluido.
relación de la fuerza inercial y la fuerza
Eviscosa
R
S
O
H
C
DERE
Número de Reynolds: Es un número adimensional el cual expresa la
R
Reacción Exotérmica: Una reacción química de naturaleza exotérmica es
aquella que transcurre generando calor, el cual debe ser controlado para
evitar que afecte el desarrollo de la reacción.
Reactor Discontinuo: Son tanques que normalmente van provistos de
sistemas de agitación y de sistemas de intercambio de calor para mantener
la temperatura de reacción dentro del intervalo deseable.
Redes Ramificadas: es el tipo de red a la cual se puede determinar su
caudal y su sentido de circulación por la simple aplicación de la ecuación de
continuidad. Sólo posee un punto o nodo de alimentación que se conoce
como nodo de cabecera o cabezal. Es decir, el agua sólo tiene un camino
para llegar de un nodo a otro.
S
Simulación: Reproducción de las condiciones de un fenómeno o situación
dado o que puede darse.
136
137
Sistema de Control Distribuido: Es un programa que opera en función de
las especificaciones del récipe a utilizar para los diferentes tipos de resina
que se producen, Permitiendo cargar, para cada reactor, una adecuada
proporción tanto de MVC fresco como de MVC recobro para garantizar la
calidad de la resina.
T
OS
D
A
V
R
E
E
R
alcanzada por una pequeña
cantidad
deS
agua líquida evaporada en una gran
S
O
H
C
E
R
cantidadD
deE
mezcla aire-vapor de agua no saturada.
Temperatura Bulbo Húmedo: Es la temperatura en estado estacionario
Temperatura Bulbo Seco: Es la temperatura de las mezclas aire-agua
determinadas por la simple inmersión de un termómetro de mercurio en la
solución acuosa.
Teorema de Bernoulli: Es una forma de expresar la aplicación de la ley de
la conservación de la energía al flujo de fluidos en 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, la altura
debida a la presión y la altura debida a la velocidad.
V
Viscosidad: se define como la resistencia a fluir ofrecida por un líquido,
resultante de los efectos combinados de la cohesión y la adherencia. La
viscosidad se produce por el efecto de corte o deslizamiento resultante del
movimiento de una capa de fluido con respecto a otro y es completamente
distinta de la atracción molecular.
137
S
DERECH
ADO
V
R
E
S
E
OS R
APENDICE
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
DERECH
APENDICE A
RESULTADOS DE LA SIMULACION DEL
SISTEMA DE AGUA DE ENFRIAMIENTO A
CONDICIONES ACTUALES
(5 POLIMERIZADORES)
SUMINISTRO - LÍNEA 82100
S
DERECH
ADO
V
R
E
S
E
OS R
S
DERECH
ADO
V
R
E
S
E
OS R
S
DERECH
ADO
V
R
E
S
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OS R
S
DERECH
ADO
V
R
E
S
E
OS R
S
DERECH
ADO
V
R
E
S
E
OS R
S
DERECH
ADO
V
R
E
S
E
OS R
RETORNO – ÚLTIMO TRAMO DE LA LÍNEA 82500
S
DERECH
ADO
V
R
E
S
E
OS R
S
DERECH
ADO
V
R
E
S
E
OS R
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
DERECH
APENDICE B
RESULTADOS DE LA SIMULACION DEL
SISTEMA DE AGUA DE ENFRIAMIENTO A
CONDICIONES DE CAPACIDAD MAXIMA
(6 POLIMERIZADORES)
SUMINISTRO - LÍNEA 82100
S
DERECH
ADO
V
R
E
S
E
OS R
S
DERECH
ADO
V
R
E
S
E
OS R
S
DERECH
ADO
V
R
E
S
E
OS R
S
DERECH
ADO
V
R
E
S
E
OS R
S
DERECH
ADO
V
R
E
S
E
OS R
S
DERECH
ADO
V
R
E
S
E
OS R
RETORNO – ÚLTIMO TRAMO DE LA LÍNEA 82500
S
DERECH
ADO
V
R
E
S
E
OS R
S
DERECH
ADO
V
R
E
S
E
OS R
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
DERECH
APENDICE C
HOJA DE CALCULO DE DIAMETRO DE
TUBERIAS PARA CONJUNTOS DE USUARIOS
S
DERECH
ADO
V
R
E
S
E
OS R
S
DERECH
ADO
V
R
E
S
E
OS R
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
DERECH
APENDICE D
HOJAS DE ESPECIFICACION DE LOS
EQUIPOS/USUARIOS DEL SISTEMA DE AGUA
DE ENFRIAMIENTO DE LA PLANTA PVC II
S
DERECH
ADO
V
R
E
S
E
OS R
S
DERECH
ADO
V
R
E
S
E
OS R
S
DERECH
ADO
V
R
E
S
E
OS R
S
DERECH
ADO
V
R
E
S
E
OS R
S
DERECH
ADO
V
R
E
S
E
OS R
S
DERECH
ADO
V
R
E
S
E
OS R
S
DERECH
ADO
V
R
E
S
E
OS R
S
DERECH
ADO
V
R
E
S
E
OS R
S
DERECH
ADO
V
R
E
S
E
OS R
S
DERECH
ADO
V
R
E
S
E
OS R
S
DERECH
ADO
V
R
E
S
E
OS R
S
DERECH
ADO
V
R
E
S
E
OS R
S
DERECH
ADO
V
R
E
S
E
OS R
S
DERECH
ADO
V
R
E
S
E
OS R
S
DERECH
ADO
V
R
E
S
E
OS R
S
DERECH
ADO
V
R
E
S
E
OS R
S
DERECH
ADO
V
R
E
S
E
OS R
S
DERECH
ADO
V
R
E
S
E
OS R
S
DERECH
ADO
V
R
E
S
E
OS R
S
DERECH
ADO
V
R
E
S
E
OS R
S
DERECH
ADO
V
R
E
S
E
OS R
S
DERECH
ADO
V
R
E
S
E
OS R
S
DERECH
ADO
V
R
E
S
E
OS R
S
DERECH
ADO
V
R
E
S
E
OS R
ANEXOS
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
DERECH
ANEXO Nº 1
DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO Y
DIAGRAMAS DE TUBERIA E
INSTRUMENTANCION DEL ÁREA W DE LA
PLANTA PVC II.
PLY-1E
PLY-2E
PLY-3E
HE-4R
WCT- 1W
CN-1D
PLY-5E
O
DERECH
CM.-2U
PU-6B/7B/12B
PLY-4E
OS
D
A
V
R
E
S
S RE
Tratamientos
químicos
CN-1G
HE-7H
HE-3G
HE-8H
RF-5R
HE-7B
RF-4R
CM.-1U
BS-1W
Oil C.
HE-3R
CV-2H
HE-6H
RF-3R
HE-2R
PU-3W PU-2W
PU-1W
HE-1F
HE-3F
HE-5F
HE-11F
RF-2R
CN-1R
RF-2R
FIL-1W/2W
Identificación Preliminar de los
Usuarios del sistema.
Diagrama de flujo del Sistema de
Agua de Enfriamiento. Planta PVC II
PFD- 1W
DEREC
OS
D
A
V
R
E
S
HOS RE
DEREC
OS
D
A
V
R
E
S
HOS RE
DEREC
OS
D
A
V
R
E
S
HOS RE
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
DERECH
ANEXO Nº 2
DIAGRAMA DEL LEVANTAMIENTO DE LA RED
DE TUBERIAS DEL SISTEMA.
S
DERECH
ADO
V
R
E
S
E
OS R
S
DERECH
ADO
V
R
E
S
E
OS R
S
DERECH
ADO
V
R
E
S
E
OS R
S
DERECH
ADO
V
R
E
S
E
OS R
S
DERECH
ADO
V
R
E
S
E
OS R
S
DERECH
ADO
V
R
E
S
E
OS R
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
DERECH
ANEXO Nº 3
IMÁGENES TOMADAS DE LAS AREAS
IMPLICITAS AL SISTEMA DE AGUA DE
ENFRIAMIENTO DE LA PLANTA PVC II
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
DERECH
BS-1W. Piscina de colección de agua (Cuba) de la Torre de Enfriamiento WCT-1W
Área W. Planta PVC II.
PU-1W/2W/3W. Bombas de succión de la BS-1W
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
DERECH
Tubería de succión de las PU-1W/2W/3W
Tubería de descarga de las PU-1W/2W/3W
Área W. Planta PVC II
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
DERECH
Línea 82100/ 26”. Cabezal de descarga de las bombas de suministro
Tuberías Principales/ 26”. Línea 82100 (derecha) y 82500 (izquierda), cabezal principal
de suministro y retorno respectivamente.
Área U. Planta PVC II.
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
DERECH
Línea 82500/ 26”. Tubería de Retorno hacia la WCT-1W
Tuberías de retorno hacia las celdas de la WCT-1W.
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
DERECH
PLY-1E/2E/3E/4E/5E. Reactores de Polimerización
Área E. Planta PVC II.
Chaqueta de Agua de Enfriamiento de los Polimerizadores
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
DERECH
Línea 82113 y 82513. Tuberías de suministro y retorno de agua de enfriamiento de la
chaqueta del Polimerizador.
Área E. Planta PVC II.

DERECHOS RESERVADOS

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