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Transporte del gas natural por tuberas
La tcnica del transporte por tuberas fue introducida en 1920 cuando surgi la
soldadura elctrica y fue posible la produccin de tubos de acero sin costura de
gran fortaleza permitiendo la transmisin de volmenes de gas a altaspresiones (>1200 lpca! "ste medio de transporte redu#o dr$sticamente sus
costos y lo %izo competitivo frente a otros combustibles y as& a partir de 19'1&
se construyeron sistemas de transmisin de larga distancia! "n la industria del
gas& al igual ue la del petrleo& la longitud& el di$metro y la capacidad de los
gasoductos son respetables! )ientos de *ilmetros& cientos de milmetros de
di$metro y millones de metros cbicos diarios de capacidades es la principal
tarea de la instalacin de un gasoducto!
"l gas natural se transporta desde los yacimientos en e+tensos gasoductos
subterr$neos ue se llaman tuberas de transmisin! "l gas via#a por la tubera
maestra a ciudades y centros poblados! ,esde la tubera maestra& el gas
natural se transporta %asta su %ogar o empresa a travs de tuberas de servicio
ue llegan al medidor de gas!
Sistema de transporte de gas natural
-n sistema de transporte de gas natural est$ conformado por un con#unto de
instalaciones y euipos necesarios para el mane#o de gas desde su e+traccin
%asta los sitios de utilizacin! "l gas es transportado a travs de tuberas
denominadas gasoductos& tambin conocidas como lneas de distribucin y
recoleccin de gas& cuyos di$metros dependen del volumen de gas a transferir
y la presin reuerida de transmisin& su longitud puede variar de cientos de
metros a miles de *ilmetros& dependiendo de la fuente de origen& y el ob#etivo
a donde debe ser transportado!
Los gasoductos& transportan el gas natural desde el pozo de origen %asta las
plantas de e+traccin y fraccionamiento& desde donde luego de su
procesamiento para des%idratarlo y recuperar los %idrocarburos luidos& all
ueda el metano como gas residual& el cual es comprimido y entra a los
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sistemas de transmisin para ser despac%ado al consumidor industrial y
domstico! "+isten tres tipos b$sicos de gasoductos.
a Los sistemas de recoleccin:los sistemas de recoleccin son un con#unto de
tuberas ue recogen el gas de los pozos y lo transportan %asta la planta de
procesamiento u otros sistemas de separacin! "stos gasoductos cumplen la
funcin de transportar el gas desde el punto de origen usando tuberas de ba#a
presin y di$metro& desde unas 0&/ pulgadas ue conducen el gas desde el
pozo %asta las plantas de procesamiento!
"n esta fase& si el gas natural es asociado& las estaciones de u#o son
conectadas a los pozos con el ob#etivo de separar el gas del petrleo y otros
luidos! "l nmero de estas estaciones est$ en funcin de la e+tensin
geogr$ca del campo& debido a ue las distancias entre los pozos y sus
correspondientes estaciones deben permitir ue el u#o se efecte por la propia
presin de los pozos! "n este punto el gas recolectado en cada estacin se
mide y se recolecta para ser enviado a las plantas de tratamientos y
acondicionamiento& donde se remueve el agua& los gases $cidos& sedimentos&
los %idrocarburos luidos& entre otros!
b Los sistemas de transporte. estos gasoductos con di$metros desde 10
%asta m$s de ' pulgadas& conducen el gas a presiones de entre 200 y 1/00
lpca! "l transporte lo efectan desde el origen de su acondicionamiento por
valles& desiertos o monta3as a travs de la geografa de las naciones %asta
llegar a las puertas de la ciudad& donde residen las $reas de su demanda! Los
sistemas de transporte de gas por redes y tuberas cada da se %acen m$s
necesarios& sobre todo cuando el uido ser$ transportado a grandes distancias!
"n la gura 4!1 se presenta un gasoducto& ue es la forma m$s apropiada para
transporta gas a largas distancias!
La construccin de un gasoducto& tiene ue cumplir con todas las normas
tcnicas y ambientales establecidas& no solo por las leyes y normas nacionales&
sino tambin por las normas internacionales& tambin tiene responder a todas
las normas de seguridad establecidas!
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Las tuberas se construyen en diversos materiales en funcin de
consideraciones tcnicas y econmicas! 6uele usarse el %ierro fundido dctil&
acero& cobre& plomo& %ormign& polipropileno& 7olicloruro de vinilo (78)&
7olietileno de alta densidad (7"5,& entre otros!
Los gasductos est$n %ec%os de tubos de acero para ductos de diferentes
grados& los aceros de mayor resistencia se conocen por su grado (numero y
por su resistencia a la uencia mnima especca (en lbf:pulg2 + 1000& e#em. el
0 es un tubo con una ;esistencia
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Tubos de ierro d!ctil. a menudo& las tuberas de agua& gas y drena#e
se %acen con %ierro dctil debido a su resistencia& ductilidad y relativa
facilidad de mane#o! Ba sustituido al %ierro for#ado en muc%as
aplicaciones! Cunto con los tubos& se proporcionan conectores est$ndar
para la instalacin adecuada de la tubera& ya sea subterr$nea o no! 8arias
clases de tubos de %ierro dctil est$n disponibles para su uso en sistemas
ue mane#an un intervalo de presiones! Los di$metros reales interno y
e+terno son mayores ue los tama3os nominales!
"ota:se recomienda leer la norma 57D /l ("speci1cacin para tubera de lnea
#lu$o de gas por tubera
)onsiderando un tramo de tubera entre dos secciones cualesuiera& ue son
normales a las paredes del tubo! "l u#o entre esas dos secciones reuiere
cumplir tres condiciones bien especcas.
1! Eo %ay traba#o sobre el uido por medios e+ternos
2! "l u#o se considera permanente o constante es decir ue el mismo peso
de gas a la entrada es el mismo peso de gas a la salida
'! Los gases se e+presan en trminos volumtricos& m$s ue por pesoF
posteriormente se introducen los factores de conversin de peso a
volumen!
5simismo& para el transporte de gas entre dos puntos se establecen tres
asunciones o condiciones ue permiten realizar un estudio con alta precisin y
e+actitud sobre los procesos& y son las siguientes.
1! El #lu$o de gas ocurre ba$o condiciones isot%rmicas: la temperatura
del gas coincide con la de la tubera y como las tuberas de gas natural
usualmente se instalan enterradas& la temperatura del gas ue uye no se
afecta apreciablemente por cambios r$pidos de la temperatura
atmosfrica! Los cambios de temperatura del gas usualmente son
estacionales y las observaciones simult$neas de temperatura en las
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secciones de entrada y salida del tramo de tubera son generalmente las
mismas!
2! El comportamiento del gas est regido por la Le& de 'o&le:la ley
establece ue a temperatura constante el volumen ocupado por un gas es
inversamente proporcional a la presin absoluta!7ero& es necesario tener
en cuenta ue los gases reales no cumplen estrictamente la ley de ?oyle!
"sta desviacin& para el caso del gas natural es de gran importancia a
altas presiones y depende tanto de la composicin umica del gas natural
como de las condiciones de presin y temperatura ba#o las cuales se
encuentran!
'! La Tubera de transporte del (uido es orizontal. los cambios de
elevacin a lo largo de una tubera rara vez son muy grandes y su efecto
en el c$lculo del u#o de gas usualmente es despreciable! "l peso
especco del gas natural ba#o las presiones ordinarias en las tuberas es
peue3o comparado con el de los luidos y en la mayora de condiciones
las diferencias de energa potencial del gas debido a diferencias de
elevacin tienen un peue3o signicado relativo!
Ecuacin general de (u$o de gas
5 partir de la ecuacin general de u#o de gas
Qh=(1,6156 ) Tb
Pb (P1
2P
2
2 )d5
Tf L f
(4!1
,onde.
G%H Iasa de u#o& en pies cbicos por %oras a I by 7b
Ib H Iemperatura base& (J;& normalmente /20 J;
7bH 7resin base& lpca
71H 7resin de entrad al sistema considerado& lpca
72H 7resin de salida del sistema& lpca
d H ,i$metro interno de la tubera& en pulgadas
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H Kravedad especica del gas& adimensional
IfH Iemperatura de u#o& J;
L H Longitud de la tubera& millas
f H coeciente de friccin& adimensional
KK! ilson dedu#o la siguiente ecuacin basado en la primera ley de la
termodin$mica!
Q=C Tb
Pb (P1
2
P2
2 ) d5
Tf L f Z p
(4!2
,onde.
) H 1&1/F adimensional
MpH =actor de compresibilidad promedio& adimensional
Cada de presin
6e dene como la diferencia de presin ue e+iste entre un punto uno y un
punto dos es decir& la resistencia al u#o ue e+perimenta un uido a travs de
un $rea trasversal y una longitud (L! La ingeniera del transporte de gas
natural en largas distancias& a travs de tuberas& necesitan conocer frmulas
de u#o para calcular los reuerimientos de capacidad y presin! La cada de
presin se puede determinar por varios mtodos o modelos a continuacin& se
describen las correlaciones m$s utilizadas para determinar la cada de presin
en un uido bif$sico.
Correlacin de)e&mout
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I%om$s ;! eymout%fue uno de los primeros en desarrollar una ecuacin para
el u#o de gas& ue permitiera calcular razonablemente el di$metro reuerido
de tubera de gas& dic%a ecuacin fue deducida a partir de datos operacionales!
"s importante destacar ue la ecuacin %a sido probada y muc%as personas
%an propuesto modicaciones y diferentes tcnicas de aplicacin ue %an ido
me#orando su e+actitud y utilidad!La ecuacin de eymout% es utilizada para
auellas tuberas cuyos di$metros sean menores de doce pulgadas y presiones
ba#a& sin embargo no se considera resultados conables cuando la tubera
presenta corrosin!
"cuacin general.
667,2
5,02
2
2
1
...5,433 d
ZTLS
pPE
P
TQ
promprommb
b
=
(4!'
,onde.
G. tasa de u#o de gas& 7):s!
Ib. temperatura base absoluta& N;!
7b. presin base absoluta& lpcm!
71. presin de entrada& lpcm!
72. presin de salida& lpcm!
6. gravedad especca de gas! (5ire H1& adimensional!
Lm. longitud de la tubera& millas!
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Iprom. temperatura promedio& N;!
sal idaentradaprom TTT +=!
Mprom. factor de comprensibilidad promedio!
d. di$metro interno de la tubera& pulg!
La ecuacin de eymout% evala el di$metro en funcin de la friccin
entonces se tiene.
3/1
008,0
dff =
(4!4
,onde.
ff. factor de friccin de =anning!
d. di$metro interno de la tubera& pulg!
Correlacin de *anandle A
"sta ecuacin se %a considerado una de las de mayor uso en la industria del
gas& ella al contrario de la ecuacin de eymout%,se puede usar para auellas
tuberas cuyas di$metros sean mayores a doce (12 pulgadas y longitudes
apreciables& donde la tasa de u#o pueda variar notablemente por lo ue
cualuier error ue se cometa en los c$lculos de algunos par$metros afectaran
en la medicin del gas! Eormalmente& para esta ecuacin se toma en
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consideracin el numero de ;eynolds en funcin del factor de friccin& ya ue a
altas presiones y grandes di$metros el u#o es turbulento& unas de las
consideraciones de la ecuacin de 7an%andle es ue si el u#o no es
completamente turbulento puede dar buenos resultados en tuberas con
corrosin& presencia de luido cuando %ay muc%os cambios en la direccin del
u#o!
"cuacin general.
6182,2
5392,02
2
2
1
0788,1
...87,433 d
ZTLS
pPE
P
TQ
promprommb
b
=
(4.5)
,onde.
G. tasa de u#o de gas& 7):s!
Ib. temperatura base absoluta& N;!
7b. presin base absoluta& lpcm!
71. presin de entrada& lpcm!
72. presin de salida& lpcm!
6. gravedad especca de gas! (5ire H1& adimensional!
Lm. longitud de la tubera& millas!
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Iprom. temperatura promedio& N;!
sal idaentradaprom TTT +=!
Mprom. factor de comprensibilidad promedio!
d. di$metro interno de la tubera& pulg!
"l factor de friccin se e+presa en funcin del nmero de ;eynolds!
07305,0
211,71
=dQS
f
(4!
,onde.
f1
. factor de transmisin!
G. tasa de u#o de gas& 7):s!
6. gravedad especca de gas& (5ire H1& adimensional!
d. di$metro interno de la tubera& pulg!
"l nmero de ;eynolds se determina mediante la siguiente ecuacin.
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=d
SQ.934,1Re
(4OP
,onde.
;e. nmero de ;eynolds!
G. tasa de u#o de gas& 7):s!
6. gravedad especca de gas& (5ire H1& adimensional!
d. di$metro interno de la tubera& pulg!
6ustituyendo la "c! (4!P en "c! (4! se tiene.
( ) 07305.0Re872,61 =f
(4!A
,onde.
f1
. factor de transmisin!
;e. nmero de ;eynolds!
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Correlacin de *anandle '
"cuacin general.
53,2
51,0
961.0
2
2
2
1
02,1
.).(737 d
ZTLS
pPE
P
TQ
promavgmb
b
=
(4!9
,onde.
G. tasa de u#o de gas& 7):s!
Ib. temperatura base absoluta& N;!
7b. presin base absoluta& lpcm!
71. presin de entrada& lpcm!
72. presin de salida& lpcm!
6. gravedad especca de gas! (5ire H1& adimensional!
Lm. longitud de la tubera& millas!
Iprom. temperatura promedio& N;!
sali daentradaprom TTT +=!
Mprom. factor de comprensibilidad promedio!
d. di$metro interno de la tubera& pulg!
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"l factor de friccin se e+presa en funcin del nmero de ;eynolds!
01961,0
70,161
=d
QS
f
(4!10
,onde.
f1
. =actor de transmisin!
G. tasa de u#o de gas& 7):s!
6. gravedad especca de gas! (5ire H1& adimensional!
d. di$metro interno de la tubera& pulg!
6ustituyendo la "c! (4!P en "c! (4!10 se tiene.
( ) 01961,0Re49,161 =f
(4!11
,onde.
f1
. factor de transmisin!
;e. nmero de ;eynolds!
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Ecuacin del +,T
"l Dnstituto de Kas de Iecnologa de )%icago (DKI por sus siglas en ingls
propuso la siguiente ecuacin.
?asado en la propuesta de la ecuacin del factor de friccin e+presado por.
(4.11)
> sustituyendo esta en la ecuacin general para la tasa de u#o
(4!12
Luego se tiene ue.
(4!1'
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'ases de dise-o
Las tuberas se dimensionan para un u#o de dise3o igual al valor m$+imo
estimado del u#o de gas ue contengan!
La seleccin del di$metro de la tubera debe satisfacer la Eorma 7,865
901!1!024 y la 56
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,eber$ proveerse v$lvulas para el aislamiento a cada instrumento de
campo ue lo amerite (manmetros& registradores& interruptores de
presin y otros para permitir y facilitar las labores de mantenimiento!
Iodas las se3ales de paro electrnicas& y en general los sistemas de
proteccin& deber$n ser concebidos ba#o un esuema de falla segura
(circuitos normalmente energizados e instrumentos de proteccin
neum$ticos e %idr$ulicos normalmente presurizados& de forma tal ue se
garantice la activacin de la secuencia de paro de las unidades ante una
condicin de anormalidad& bien sea en el proceso o por mal
funcionamiento de la instrumentacin!
"n caso de falla del suministro de gas o de la energa elctrica& los
dispositivos de regulacin y proteccin deber$n adoptar una posicin ue
origine el paro seguro de las unidades!
6e deber$ colocar mensa#es de proteccin en los euipos o $reas donde
e+ista amenaza o riesgo para el personal de mantenimiento y
operaciones!
6e deber$ proveer la adecuada y suciente instrumentacin para permitir
una f$cil operacin& control y supervisin de los procesos! Los
instrumentos asociados a protecciones deber$n estar conectados a su
propia toma de proceso& y deber$n ser completamente independientes de
las se3ales de los instrumentos para control y preOalarmas!
Las tuberas de proceso deber$n estar provistas de indicadores locales de
presin!
Ioda la instrumentacin de campo ser$ electrnica de caractersticas para
transmisin de se3ales analgicas& discretas y:o binarias!
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Los materiales y la construccin de las partes de instrumentos y
accesorios ue puedan entrar en contacto con el medio del proceso
deber$n ser apropiados para dic%a aplicacin!
Sistemas de tuberas
Tuberas en serie
6e %abla de tuberas en serie cuando se uiere llevar el uido de un punto a
otro punto por un solo camino!
#igura./0/ Tuberas en serie
Tuberas en paralelo
6e %abla de tuberas paralelo cuando se establecen varios caminos para llevar
el uido de un punto a otro!
#igura./1/ Tuberas en paralelo
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)uando e+ista una o m$s construcciones a menos de 90 m del e#e de la
tubera y se encuentren ocupadas por veinte o m$s persona por lo
menos cinco das a la semana durante diez semanas al a3o!
)uando e+ista un $rea al aire libre bien denida a menos de 100 m del
e#e del la tubera y sta sea ocupada por veinte o m$s persona durante
su uso normal& tal como un campo deportivo& un parue de #uegos& un
teatro al aire libre u otro lugar pblico de reunin!
)uando se tenga la e+istencia de $reas destinadas a fraccionamientos o
casas comerciales& en donde se pretende instalar una tubera de 100 m
an cuando al momento de su construccin& solamente e+istan
edicaciones en la dcima parte de los lotes adyacentes al trazo!
)uando la tubera se localice en sitios donde a 100 m o menos %aya un
tr$nsito intenso u otras instalaciones subterr$neas (tubera de agua&
elctricos& drena#es& etc!& en el tendido de ue se considera tr$nsito
intenso un camino o carretera pavimentada con un u#o de dos ciento o
m$s ve%culos en una %ora!
Clase de localizacin .: )orresponde a la tubera ue en su $reaunitaria se encuentran edicio de cuatro o m$s niveles contando desde el
nivel del suelo& donde el tr$co sea pesado o densoF o bien& donde e+istan
numerosas instalaciones subterr$neas! )uando e+istan un nmero de
casa o edicaciones cercanas a la frontera ue dividen dos clase& las
$reas unitarias se deben a#ustar considerando el nivel m$s critico (clases
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e+tendindose 200 m desde el ltimo edicio del grupo m$s pr+imo a la
siguiente $rea unitaria de menor nivel de seguridad& siguiendo el e#e de la
tubera& y cumpla con los reuerimientos del correspondiente nivel de
seguridad!
Tabla "6 ./0 #actor de Dise-o por *resin +nterna 78Dis9/
Clasi5cacin por clase de
localizacin
#actor de Dise-o
78Dis9
Clase 3 ;
Clase . ;.
*resin de dise-o: la presin de dise3o para los sistemas de tubera de gas o
el espesor nominal de la pared se deber$n determinar mediante la siguiente
ecuacin! (56
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,onde.
7. presin de dise3o& lpcm!
,. di$metro nominal e+terior de la tubera& pulg!
t. espesor de la pared de acero del tubo& pulg!
66. esfuerzo de uencia mnimo especicado para tubera de acero&
lpcm!
fcp. factor de capacidad permisible por presin interna!
"l factor de capacidad permisible (fcp se determina de la siguiente manera.
Efff TEMPDiscp ..=(4!1
,onde.
=,is!. factor de dise3o por presin interna& (ver tabla EN 4!2!
fI"
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#actor de dise-o
78TEM*9
6C 6#
303 o menos 2/0 o menos 3;
3.? '00 ;?=
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