norma pdvsa dti y dfp

8/15/2019 Norma PDVSA DTI y DFP

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ADECUACION DEL SISTEMA DE ALIVIO Y VENTEO DE LA ESTACION DEFLUJO MX-94.1 A LA LEY PENAL DE AMBIENTE

Fuenmayor Urdaneta, Stebenson José

C.I. 20.659.840

Telf.: 0412-9680076

[email protected]

Urribarrí Ludovic, Waldo Ramón

Tutor académico

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Dedicatoria

A mi mamà, por haberme apoyado en todo momento, por sus consejos, por suejemplo de perseverancia y constancia, por sus valores, por la motivación

constante que me ha permitido ser una persona de bien, por ser la persona que

me enseño a ser quien soy, pero más que nada, por su amor incondicional.

A mi papa, por los ejemplos de perseverancia y constancia que lo caracterizan y

que me ha infundado siempre, por el valor mostrado para salir adelante y por su

amor. Definitivamente fue la fuente de motivación en los momentos más difíciles

durante el periodo de estudio.

A mis hermanas, por su constante amor inexplicable para mi superación personal,

porque siempre me han apoyado incondicionalmente.

A mis cinco sobrinos, por haberme permitido estar junto con ellos, y darme la

alegría en los momentos de descanso y fatiga.

A mi novia Gabriela Pírela, quien me ha brindado todo su apoyo, y me ha

acompañado en esta etapa de mi vida.

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INDICE

RESUMEN ............................................................................................................ 10

ABSTRACT ........................................................................................................... 11

INTRODUCCION .................................................................................................. 12

CAPITULO I .......................................................................................................... 13

1.1. Planteamiento del problema....................................................................... 13

1.2. Objetivos .................................................................................................... 15

1.2.1. Objetivos general ................................................................................. 15

1.2.2. Objetivos específicos ........................................................................... 15

1.3. Justificación e importancia de la investigación .......................................... 16

1.4. Delimitación de la investigación ................................................................. 17

1.4.1. Delimitación temporal ........................................................................... 17

1.4.2. Delimitación espacial............................................................................ 17

1.4.3. Alcance ................................................................................................ 17

1.4.4. Delimitación científica........................................................................... 17

CAPITULO II ......................................................................................................... 18

2.1. Descripción de la empresa ..................................................................... 18

2.1.1. Misión.................................................................................................. 19

2.1.2. Visión .................................................................................................. 192.1.3. Organigrama ....................................................................................... 20

2.2. Antecedentes ............................................................................................. 20

2.3. Bases teóricas ............................................................................................ 23

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2.3.1. Definición de Ingeniería Conceptual ..................................................... 23

2.3.1.1. Etapas de la ingeniería conceptual a nivel de proceso .................... 23

2.3.1.2. Productos de la Ingeniería Conceptual a nivel de proceso .............. 25

2.3.2. Bases y criterios de diseño ................................................................... 27

2.3.3. Sistemas de alivio de presiones por venteo .......................................... 28

2.3.3.1. Gas natural ...................................................................................... 30

2.3.3.2. Características y propiedades del gas natural Gas natural .............. 30

2.3.3.3. Densidad del gas natural ................................................................. 31

2.3.3.4. Viscosidad del gas natural ............................................................... 31

2.3.4. Etapas de una estación de flujo ............................................................ 32

2.3.4.1. Etapa de recolección........................................................................ 33

2.3.4.2. Etapa de separación ........................................................................ 33

2.3.4.3. Etapa de depuración ........................................................................ 33

2.3.4.4. Etapa de almacenamiento del petróleo ............................................ 34

2.3.4.5. Etapa de bombeo ............................................................................. 34

2.3.5. Componentes básicos en una estación de flujo .................................... 34

2.3.5.1. Múltiples o recolectores de entrada ................................................. 35

2.3.5.2. Línea de flujo ................................................................................... 35

2.3.5.3. Separadores de petróleo y gas ........................................................ 36

2.3.5.4. Depurador de gas ............................................................................ 37

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2.3.5.5. Válvula de alivio de presión ............................................................. 37

2.3.5.6. Válvula de despresurización ........................................................... 38

2.3.6. Simulador de procesos ........................................................................ 38

2.4. Sistema de variables .................................................................................. 45

CAPITULO III ........................................................................................................ 47

3.1. Tipo de la investigación .............................................................................. 47

3.2. Diseño de la investigación.......................................................................... 48

3.3. Técnicas de recolección de la información................................................. 49

3.4. Instrumentos de recolección de datos ........................................................ 50

3.5. Fases de la investigación ........................................................................... 55

3.5.1. Fase I. Levantamiento del sistema de alivio y venteo de seguridad de

la instalación .......................................................................................................... 55

3.5.2. Fase II. Definición de las bases y criterios de diseño ......................... 56

3.5.3. Fase III. Caracterización de gas del sistema de alivio y venteo .......... 57

3.5.4. Fase IV. Desarrollar la ingeniería conceptual a nivel de procesos del

sistema de recuperación de alivio y venteo de la estación de flujo MX-94.1 ......... 57

CAPITULO IV ........................................................................................................ 60

4.1. Fase I. Levantamiento del sistema de alivio y venteo de la instalación ..... 60

4.2. Fase II. Definición de las bases y criterios de diseño ................................. 62

4.2.1. Parámetros de diseño ......................................................................... 63

4.2.2. Códigos y normas aplicables .............................................................. 64

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4.2.3. Características del gas venteado ........................................................ 65

4.3. Fase III. Caracterización de gas del sistema de alivio y venteo ................. 66

4.4. Fase IV. Desarrollar la ingeniería conceptual a nivel de procesos delsistema de recuperación de alivio y venteo de la estación de flujo MX-94.1 ......... 67

4.4.1. Diagrama de proceso .......................................................................... 67

4.4.2. Simulación del proceso ....................................................................... 68

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INDICE DE TABLAS

Tabla 3.1. Información de campo de la lista de válvulas de alivio y equipo del

sistema de alivio y venteo según diseño ............................................................... 51

Tabla 3.2. Condiciones operacionales actuales de la estación ............................. 52

Tabla 3.3. Parámetros por diseño de los separadores de producción ................. 53

Tabla 3.4. Composición de gas rico ...................................................................... 54

Tabla 3.5. Características del Gas ........................................................................ 55


sistema de alivio y venteo según diseño ............................................................... 60

Tabla 4.2. Condiciones operacionales actuales ............................................ 61

Tabla 4.3. Parámetros de operación de gas por diseño ........................................ 63

Tabla 4.4. Códigos y normas aplicables ................................................................ 64

Tabla 4.5. Características del Gas ........................................................................ 65

Tabla 4.6. Composición del gas ............................................................................ 66

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INDICE DE FIGURAS

Figura 2.1. Organigrama funcional GASTCA ........................................................ 20

Figura. 2.2. Gráfico de la presión en función del tiempo de un evento no deseadocon y sin venteo .................................................................................................... 29

Figura 4.1. Propiedades físico químicas del sistema de recolección de gas

propuesto .............................................................................................................. 69

Figura 4.2. Propiedades físico químicas cortas del sistema de recolección de gas

propuesto .............................................................................................................. 69DERECHOS R

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Fuenmayor U., Stebenson José. “ADECUACION DEL SISTEMA DE ALIVIO YVENTEO DE LA ESTACION DE FLUJO MX-94.1 A LA LEY PENAL DEAMBIENTE”. Universidad Rafael Urdaneta. Facultad de ingeniería. Escuela deingeniería química. Trabajo Especial de Grado. Maracaibo, noviembre, 2012. 217P

RESUMEN

Los decretos 638 y 883 suscrito en Venezuela en el año 1995, establecen lasnormas para el mejoramiento de la calidad del aire y la prevención y control de lacontaminación atmosférica y el control de la calidad de los cuerpos de agua yvertidos o efluentes líquidos. En función a estos, PDVSA en el año 1998 concluyeun informe titulado: “Adecuación ambiental E&P producción occidente”, donde

realiza una revisión del marco legal vigente con los requerimientos de la ley penaldel ambiente a fin de concretar un plan de adecuación de las operaciones y de lasinstalaciones de producción. Por esta razón es necesaria la realización de unproyecto en la estación de flujo MX-94.1, para eliminar las emisiones de gasnatural y líquidos del gas natural hacia el ambiente, cuya fase inicial, es eldesarrollo de la ingeniería conceptual de dicha instalación sobre la adecuación delsistema de alivio y venteo de la estación, que consiste en presentar una propuestasobre un sistema de recolección de gas de venteos en todos los procesosinvolucrados de la estación. El alcance de este trabajo de investigación es eldesarrollo de los productos que lleva consigo una ingeniería conceptual y prepararel camino para la ejecución posterior de la ingeniería básica, En el diseño del

sistema de recolección de gas venteados, se utilizo la herramienta de cálculohysys versión 3.2 en cuanto a la cuantificación de las corrientes de alivio delsistema. Los parámetros de diseño seleccionados, fueron especificados deacuerdo a las normas y códigos suministrado por PDVSA. La propuesta resultante,fue el diseño de un sistema de recolección de gas, conectado a cada uno de lasválvulas de alivio de presión existentes en la instalación y llevarlos a unrecuperador de liquido existente, para recuperar 1.964 BPD de líquidos y transferir473.900 lbs/hr de gas natural hacia un sistema seguro confiable de quema de gas,cuando se presente el escenario mas crítico, que es cuando todas las válvulas dealivio de presión del proceso estén disparadas. Obteniendo un beneficio adicionalde aproximadamente 324,22 MMBS, por efecto de la recuperación de líquidos de

la gas natural

PALABRAS CLAVES: Ingeniería conceptual, diseño, técnicas de simulación,sistema de recolección de gas de [email protected]

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mailto:[email protected]:[email protected]


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Fuenmayor U., Stebenson Jose. "ADEQUACY OF THE SYSTEM OF RELIEFAND VENTING OF STATION FLOW MX-94.1 TO LAW CRIMINALENVIRONMENT". Universidad Rafael Urdaneta. Faculty of engineering. School ofchemical engineering. Special degree work. Maracaibo, November, 2012. 217P

ABSTRACT

The 638 and 883 Decrees subscribed in Venezuela in 1995, established standardsfor the improvement of the air quality and the prevention and control ofatmospheric pollution and control of the quality of bodies of water and dischargesor liquid effluent. According to these, PDVSA in 1998 concludes a report entitled:"Environmental adequacy E&P production West", where it makes a revision of the

existing legal framework with the requirements of the penal law of the environmentin order to complete a plan of adequacy of operations and production facilities. Forthis reason, the realization of a project in MX-94.1 flow station, is necessary inorder to eliminate emissions from natural gas and liquids from natural gas towardsthe environment, whose initial phase is the development of the conceptualengineering for that installation, working on the system adequacy of relief andventing of station, which is necessary to present a proposal for a vents gascollection system in all the processes involved in the station. The scope of thisresearch is the development of products that requires a conceptual engineeringand paves the way for the subsequent execution of basic engineering, in thedesign of the vented gas collection system, was used hysys calculation tool version

3.2 for the quantification of system relief flows. Selected design parameters werespecified according to codes and standards supplied by PDVSA. The resultantproposal, was the design of a collection system of gas, connected to each of theexisting installation pressure relief valves and bring them to a existing liquidRetriever in order to retrieve 1,964 BPD of liquid and transfer 473.900 lbs/hr ofnatural gas toward a reliable safe system of gas flaring, in that moment, when thescenario more critical is presented, all the process pressure relief valves are fired.Obtaining additional income of approximately 324,22 MMBS, by effect of therecovery of natural gas liquids

KEY WORDS: Conceptual Engineering, Diseign, Techniques of Simulation, GasCollection System for [email protected].

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INTRODUCCIÓN

En una estación de flujo se realiza el tratamiento del crudo que viene de las áreas

o campos de explotación, presenta un conjunto de equipos interrelacionados para

recibir, medir, almacenar temporalmente y bombear los fluidos provenientes de los

pozos ubicados en sus alrededores, todo esto con el objetivo de optimizar el

procesamiento y comercialización del crudo. Estos equipos interrelacionados se

pueden dividir en etapas generales, entre las que se encuentran: etapa de

recolección, separación, depuración, almacenamiento y bombeo. Todas estas

etapas se rigen mediante un mismo proceso y se resguardan mediante un sistema

de seguridad por si se presenta cualquier circunstancia anormal.

Las válvulas de alivio de presión, también llamadas válvulas de seguridad o

válvulas de alivio, están presentes en cualquier proceso como un sistema de

seguridad para liberar un fluido cuando la presión interna de un sistema que lo

contiene supera el límite establecido. Su misión es evitar una explosión, el fallo de

un equipo o tubería por un exceso de presión. Sin embargo, muchas instalaciones

no cuentan con un sistema de recolección de dichos fluidos teniendo comoconsecuencia que estos fluidos se venteen a la atmosfera.

Es por ello el propósito de esta investigación, desarrollar una ingeniería conceptual

en el sistema de alivio y venteo de la estación de flujo MX-94.1 a la ley penal del

ambiente para la recolección de dichos gases y líquidos, y direccionarlos a un

sistema seguro y confiable y poder cumplir con la nueva ley pena de ambiente.

Este trabajo de investigación se encuentra estructurado en 4 capítulos con la

finalidad de facilitar la comprensión del mismo. El primer capítulo comprende el

planteamiento del problema junto con los objetivos de la investigación y

justificación. El segundo capítulo se encuentra la descripción de la empresa donde

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http://es.wikipedia.org/wiki/Fluidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Tuber%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Tuber%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Fluido


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CAPITULO I

EL PROBLEMA

En el presente capítulo se da una introducción sobre la motivación de la tesis,

abordando la problemática que dio lugar a su creación, junto con una descripción

de la propuesta llevada a cabo para hacer frente al problema enunciado. También

se comentaron los objetivos, la organización y el alcance del trabajo especial de

grado para continuar, en el próximo capítulo, con un estudio del trabajo

relacionado con a propuesta presentada.

1.1 Planteamiento del problema.

En el mes de abril del año 1995, en la gaceta oficial de la republica de Venezuela

Nº 4.899, se emite el decreto 638, mediante el cual se dictan normas, que

establecen los criterios para el mejoramiento de la calidad del aire y la prevención

y control de la contaminación atmosférica producida por fuentes fijas y móviles

capaces de generar emisiones gaseosas y partículas. En el mismo año, mes de

diciembre se emite el decreto N° 883, en la gaceta oficial de la república de

Venezuela Nº 5.021 extraordinario, que establece en su articulo 13, que quienes

realicen operaciones de explotación o exploración petrolera en la plataforma

continental y la zona económica exclusiva, dispondrán de los sistemas necesarios

para evitar la descarga de hidrocarburos o la mezcla de ellos, al medio marino,

con el propósito de no degradar el medio acuático, ni alterar los niveles de calidadexigibles para preservar y mejorar el ambiente.

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En el año de 1998, la gerencia de la industria concluye un informe titulado:

“Adecuación ambiental occidente”, donde realiza una revisión del marco legal

vigente con los requerimientos de la ley penal del ambiente a fin de concretar un

plan de adecuación de las operaciones y de las instalaciones de producción a losdecretos: Nº 638 y Nº 883. El cual hace obligatoria, la adecuación de todas las

instalaciones de producción en el lago de Maracaibo, para eliminar los venteos de

gas a la atmósfera y recuperar los líquidos del gas natural arrastrado por el gas

aliviado, mediante la elaboración de un plan de adecuación de instalaciones como

compromiso de ejecución durante el período 2000-2005, como primera fase y un

nuevo plan de adecuación de instalaciones, como compromiso de ejecución

durante el periodo 2006 – 2015, como fase complementaria..

Este estudio de la adecuación del sistema de alivio y venteo de la estación de flujo

MX-94.1, ubicada en el lago de Maracaibo, forma parte del plan de adecuación

ambiental, a fin de adecuar las instalaciones de producción en el lago de

Maracaibo con los requerimientos del decreto 883 y 638 de la ley penal del

ambiente, ya que es una instalación petrolera donde se realiza tratamiento del

crudo (recolección, separación, depuración, almacenamiento, bombeo) y del gas

natural (recolección, separación y depuración) que viene de las áreas o campos

de producción, para su posterior envío del crudo tratado al patio de tanque

principal de recepción - bombeo de crudo y del gas depurado hacia la planta de

compresión de gas respectivamente.

La estación de flujo contiene en su diseño original, un sistema de alivio y venteo

que consta de unas válvulas de alivio de presión en líneas y equipos principales,

que se activan, bajo situaciones de contingencia operacional (paradas de

emergencias de la planta compresora de gas, inundación de los separadores y/o

depurador por fallas en el sistema de control de nivel de los mismos, entre otros),

y ventean gas hacia la atmósfera con perdida y arrastre de líquidos que

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contaminan el ambiente y comprometen la seguridad de la estación de flujo o de

los procesos de la instalación aguas abajo.

Por lo anteriormente expuesto, la industria a través de la consultora gastca,

requiere un estudio para desarrollar la ingeniería conceptual a nivel de proceso,

con el objeto principal de presentar una propuesta para recolectar y enviar el gas

descargado a través de las válvulas de alivio de presión, hacia un sistema seguro

y confiable de operación, y recuperar e incorporar los líquidos contenidos en el gas

recolectado, hacia los volúmenes de producción bruta almacenados de la

estación; eliminando así la contaminación por efectos del gas y líquidos del gas

natural, al ambiente en la estación de flujo MX-94.1, ubicada en el área sur dellago de Maracaibo.

1.2 Objetivos

1.2.1. Objetivo general

Desarrollar la ingeniería conceptual de las modificaciones en el sistema de

alivio y venteo de la estación de flujo MX-94.1 para adecuarla a la ley penal del

ambiente.

1.2.2. Objetivos específicos

1. Levantar el sistema de alivio y venteo de seguridad de la instalación.

2. Definir las bases y criterios de la ingeniería a desarrollar.

3. Caracterizar el gas del sistema de alivio y venteo.

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4. Desarrollar la ingeniería conceptual a nivel de procesos para adecuar el sistema

de recolección y venteo de gas natural de la estación de flujo MX-94.1

1.3 Justificación

En la actualidad, la estación de flujo MX-94.1, presenta por diseño, condiciones de

procesos inadecuadas que no permiten cumplir con los decreto 638 y 883 de la

nueva ley penal del ambiente en lo relativo a contaminación atmosférica y a la

disposición de líquidos petrolizados a las aguas del lago.

La importancia de este estudio, es que, la implantación de este alcance propuesto,

permitirá a la estación de flujo MX-94.1, cumplir con los criterios para el

mejoramiento de la calidad del aire y la prevención y control de la contaminación

atmosférica; así como también a el control de los vertidos susceptibles de

degradar el medio acuático y alterar los niveles de calidad exigibles para preservar

y mejorar el ambiente; de los decretos 883 y 638 de la Ley Penal del ambiente

vigente, al recolectar el gas natural venteados a través de las válvulas de alivio de

presión y recuperar los líquidos del gas natural arrastrados de las corrientes de

alivio (por efectos de expansión), hacia sistemas de operaciones seguros y

confiables, disminuyendo con esto, cualquier posible escenario de generarse un

evento no deseado dentro de la estación de flujo e instalaciones de producción

que se encuentre alrededor de la misma.

Bajo el punto de vista teórico, este estudio, permitirá conocer aspectos

importantes de la ingeniería conceptual desarrollada de un sistema de recolección

de alivios y venteos, los cuales pueden servir de soporte, para estudios

posteriores relacionados con otras estaciones de flujo. Asimismo,

metodológicamente con la realización de esta investigación se establecieron

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procedimientos para adecuar sistemas de recolección de alivio y venteos de gas,

asegurando la confiabilidad y la seguridad integral de la instalación.

1.4 Delimitación de la investigación

1.4.1. Delimitación temporal

Este estudio fue realizado en el lapso de tiempo de junio 2012 B a diciembre 2012

C.

1.4.2. Delimitación espacial

El desarrollo del estudio fue realizado en la empresa GASTCA, empresa privada

ubicada en la Urb. La Paz II Etapa, Av. 55 del Complejo Deportivo niños cantores

locales 1, 2, y 3 Maracaibo – Edo. Zulia.

1.4.3. Alcance

El presente trabajo solo se limitará al alcance obtenido del sistema de recolección

de gas venteado propuesto a través de las válvulas de alivio, ya que las

condiciones de procesos por diseño en la estación de flujo, no variaran.

1.4.4. Delimitación científica

El presente trabajo será enmarcado en el área de proceso de ingeniera química,

especialmente en lo referido a sistemas de recuperación. Los métodos que se

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utilizaran serán simuladores de proceso y cromatografía de gas natural, que serán

suministrados por la empresa.

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CAPITULO II

MARCO TEORICO

“El presente capítulo permitirá ampliar el conocimiento tanto del investigador como

del lector sobre el tema de investigación, mediante un sistema coordinado y

coherente de conceptos con el fin de obtener todos los tópicos relacionados con el

tema y poder tener un conocimiento sólido y bien definido, lo que le permitirá al

investigador abordar el problema de la pesquisa.”

2.1. Descripción de la empresa

GASTCA es una empresa consultora ubicada en la Urb. La Paz II Etapa, Av. 55

del Complejo Deportivo Niños Cantores locales 1, 2, y 3 Maracaibo – Edo. Zulia.

Fundada en el año 1.977 por un grupo de ingenieros especialista, que presta a la

industria de petróleo y gas, sus servicios profesionales en las áreas de Ingeniería

e implantación de proyectos, auditorias, investigación de fallas, caracterización y

análisis, evaluaciones técnicas, proyectos y especificaciones técnicas de equipos

de procesos entre otras aplicaciones.

Posee una estructura organizativa funcional fija de aproximadamente 27 personas

entre profesionales, técnicos y de apoyo que tienen como visión ser una empresa

pionera en servicios tecnológicos de reconocido prestigio nacional, con autonomía

administrativa y excelencia en sus productos y servicios eficientes.

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2.1.1. Misión

Establecer el apoyo técnico que permita garantizar la continuidad de las

Evaluaciones Ambientales a nuestros clientes, bajo el asesoramiento continuo de

un personal altamente capacitado y motivado, lo que hace posible la calidad de

nuestros servicios, contribuyendo así, al desarrollo tecnológico del país, ofreciendo

altos niveles de eficiencia y presentando el mejor servicio a nuestro clientes y por

consiguiente estos a sus empleados, a la comunidad y al medio ambiente.

2.1.2. Visión

Consolidar a GASTCA como empresa pionera en servicios tecnológicos

ambientales, de reconocido prestigio nacional, con autonomía administrativa, con

excelencia en sus productos y servicios, de eficiente gestión, competitiva, con

alianzas estratégicas en el ámbito nacional, comprometida con el servicio al

cliente, la formación integral de su recurso humano, la protección del ambiente y el

desarrollo nacional dentro del marco natural que esta actividad representa.

Además, brindar un producto de excelente calidad y en donde el mejoramientocontinuo en todas las áreas sea de agrado a nuestros consumidores.

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2.1.3. Organigrama

Figura 2.1. Organigrama funcional GASTCA

2.2. Antecedentes

Los siguientes trabajos de grado se consultaron para la elaboración de la presente

investigación:

Contreras y Salas (2010). “Ingeniería conceptual de un sistema de

almacenamiento de gas licuado del petróleo en la planta de distribución de

combustible MIRAMAR-NICARAGUA”, Trabajo Especial de Grado para optar el

titulo de Ingeniero Químico. Universidad Rafael Urdaneta. Facultad de Ingeniería.

Escuela de Química. Maracaibo, Venezuela.

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El convenio ALBA suscrito entre Venezuela y Nicaragua contempló la instalación

de un sistema de almacenamiento de GLP en la provincia de Miramar, Nicaragua.

Por dicho convenio se vio necesaria la realización de un proyecto para la

instalación de la referida planta con una capacidad total de 9539.24 m3 (60.000BBL) de GLP, cuya fase inicial, fue el desarrollo de la ingeniería conceptual de

dichas instalaciones, que consistió en el diseño en el diseño de las instalaciones

para almacenar temporalmente al GLP enviado desde Venezuela. El alcance de

este trabajo de investigación es el desarrollo de los productos que lleva consigo

una ingeniería conceptual y preparar el camino para la ejecución posterior de la

ingeniería básica. Para el diseño del sistema de almacenamiento de GLP se utilizo

el programa Microsoft Visio 2007, en cuanto a la cuantificación de las corrientesdel sistema, trabajaron con el simulador de procesos Pro II/PROVISION V. 5.61.

Los parámetros de diseño seleccionados, fueron especificados de acuerdo a las

normas y códigos suministrados por PDVSA. La propuesta resultante fue el diseño

de 3 recipientes de almacenamiento tipo esfera de 3815.70 m3 (24.000 BBL) de

capacidad nominal c/u (una para despecho y dos de almacenamiento), para la

operación de despacho de GLP, se utilizan dos bombas (una en operación y una

de respaldo), adicionalmente, en el proceso de despacho de GLP se adiciona un

producto químico, compuesto principalmente por mercaptanos, para proporcionar

olor al combustible que permita la detección de fugas en el sistema. Se definió la

ubicación física de cada uno de los equipos dentro de los terrenos de la planta de

distribución de combustibles Miramar y por ultimo se realizo el cálculo del monto

de inversión requerido. Como resultado, se determino que el monto de inversión

requerido es de 37.000.780 US$.

Este trabajo especial de grado proporcionò la información técnica que debe tenercualquier proyecto de ingeniería conceptual, para que, de esta manera se obtenga

la orientación necesaria para su desarrollo, además de ser aprovechado como

guía para establecer las bases y criterios de diseño del sistema de alivio.

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Martinez (2007). “Ingeniería básica del nuevo tanque de almacenamiento de crudo

segregación menemota en PDT BACHAQUERO, PDVSA” Trabajo Especial de

Grado para optar por el titulo de Ingeniero Químico. Universidad Rafael Urdaneta.

Facultad de Ingeniería. Escuela de Química. Maracaibo, Venezuela.

El objetivo principal de este estudio, es la ampliación de la capacidad de

almacenamiento de crudo de Menemota en el PDT Bachaquero, que consiste en

el diseño de las facilidades para manejar el incremento en la producción con el

montaje de un tanque de almacenamiento de 155 MBB con todas sus tuberías y

sistemas de bombeo. El alcance del presente trabajo de investigación fue el

desarrollo de los productos de ingeniería de la disciplina de procesos para definirla versión global del proyecto y delinear los trabajos que debieron ser realizados

por las disciplinas Mecánica, Instrumentación y Civil. En cuanto al calculo del

arreglo optimo de las tuberías se utilizaron varios simuladores de proceso como el

Pipephase 8.1, Hysys 3.2 y una hoja de calculo de Excel, todas las redes

configuradas fueron validadas con los parámetros operacionales típicos

suministrados por los operadores de PDVSA. La propuesta resultante fue el

montaje de una tubería de 20” paralela a la existente de 12”, para recibir todas las

segregaciones manejadas en el PDT Bachaquero ya sea en el nuevo tanque o en

el ya existente. Para descargar el crudo desde el tanque hacia las bombas de

exportación se diseño un arreglo consistente en dos bombas de precarga

trabajando en paralelo y una en reserva montada y las tuberías de 30”.

Este objetivo nos ayudarà a trabajar y esclarecer las bases, criterios y premisas de

nuestra ingeniería a desarrollar en el sistema de alivio de la estación de flujo.

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2.3. Bases teóricas

2.3.1. Definición de Ingeniería Conceptual.

De acuerdo con la guía de gerencia para proyectos de inversión de capital,

PDVSA (1999)

Los productos de la fase de visualizar constituyen el insumo de trabajo para

continuar con el desarrollo del proyecto y ejecutar la fase de “conceptualizar” .El

propósito de esta fase es la selección de la(s) mejor(es) opción(es) y la mejora en

la precisión de los estimados de costos y tiempo de implantación. Todo esto para

lograr lo siguiente:

• Reducir la incertidumbre y cuantificar los riesgos asociados

• Determinar el valor esperado para la(s) opción(es) seleccionada(s).

Básicamente, esta fase debe cumplir con dos objetivos principales:

• Organizar la etapa de planificación del proyecto.

• Seleccionar la(s) opción(es) preferida(s) y solicitar los fondos para ejecutar las

actividades que permitan obtener un estimado de costo clase IV.

2.3.1.1. Etapas de la ingeniería conceptual a nivel de proceso

A. Punto de partida

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De la preparación de este plan se obtienen dos productos:

1. Un concepto validado del proyecto mas claramente enfocado.

2. Un plan para acometer la conceptualización y definición del proyecto.

D. Seleccionar la(s) opción(es) preferida(s)

1. Evaluar la tecnología.

2. Preparar los alcances conceptuales de las opciones seleccionadas y sus

estimados de costos clase IV.

E. Evaluar la tecnología

Las actividades para analizar la tecnología sopesan las tecnologías disponibles en

relación con las necesidades y restricciones. Los miembros del equipo deben

identificar las brechas tecnológicas y de conocimiento, para trabajarlas y producir

información complementaria que permita a los niveles correspondientes tomar

decisiones de calidad.

2.3.1.2. Productos de la Ingeniería Conceptual a nivel de proceso.

• Descripción del proceso

Es una explicación paso a paso de la operación y del comportamiento del sistema.

El objetivo de este documento es describir el proceso principal de manejo en

planta de los productos involucrados en el desarrollo de la ingeniería conceptual.

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Sin embargo, la descripción de proceso de la estación de flujo, no presentará

ninguna modificación ó cambios para el desarrollo de este estudio, ya que se

mantendrán las mismas condiciones de procesos por diseño y solo se adecuará el

sistema de alivio y venteo de la instalación.

• Diagrama de flujo de proceso (DFP)

Es una representación esquemática del proceso sus condiciones de operación

normal y su control básico. Este también indica los efluentes (Liquido, gases o

solidos) emanados del proceso y su disposición. El diagrama incluye el balance de

masa e información para el diseño y especificación de equipos, además sirve deguía para desarrollar el diagrama de tuberías e instrumentación.

• Balance de masa

El balance de masa, nos permite conocer los flujos de entrada y salida de las

corrientes en estudios a partir de unas condiciones iniciales en el proceso. El

balance de masa en los procesos de la estación de flujo, no presentará ningunamodificación ó cambios para el desarrollo de este estudio, ya que se mantendrán

las mismas condiciones de procesos por diseño y solo se adecuará el sistema de

alivio y venteo de la instalación.

• Lista principal de equipos

Consiste en un listado de equipos principales, que contiene consideracionestécnicas, tales como, tipo, servicio, dimensiones, condiciones de operación y

diseño. La lista de equipos principales en la estación, no presentará ninguna

modificación ó cambios para el desarrollo de este estudio, ya que no se tiene

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previsto incorporar equipos nuevos a la instalación, solo se adecuará el sistema de

alivio y venteo de la instalación.

• Plano de distribución de tuberías y equipos (Plot Plan)

Es una representación esquemática de los equipos cuya función es indicar la

posición entre cada uno de ellos y las dimensiones que poseen.

• Hoja de datos de válvulas y equipos principales

Este documento contiene las especificaciones técnicas que definen al equipo,

tales como, capacidad, dimensiones, datos de operación y diseño.

La hojas de datos de válvulas y equipos principales en la estación de flujo, no

presentará ninguna modificación ó cambios para el desarrollo de este estudio, ya

que no existirá ningún tipo de modificación a los equipos existentes, ni variaciones

en las condiciones de procesos por diseño, solo se adecuará el sistema de alivio y

venteo de la instalación.

2.3.2. Bases y criterios de diseño

“Bases y criterios de diseño” es una guía de diseño en las áreas de trabajo donde

aplique y es parte de la información disponible a todas las disciplinas del proyecto.

En función del alcance, puede limitarse a la información de la disciplina de proceso

o ser un documento conformado por las “bases y criterios de diseño” de otras

disciplinas. En esta ultima modalidad, las disciplinas involucradas proveen a la

disciplina de proceso con su información para la generación del documento. El

contenido del documento “Bases y criterios de diseño” varia según el tipo de

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proyecto que se realicen y el nivel de ingeniería. La información obtenida en este

documento es, generalmente, suministrada por el custodio.

El documento “base y criterio de diseño” es elaborado al inicio de un proyecto o de

una propuesta. El documento contiene la información básica del lugar del

proyecto, premisas y criterios de diseños especiales o particulares, requerimiento

de operación, constructibilidad y mantenimiento, especificaciones, normas de

diseño, y toda la información adicional en la cual se fundamenta la ejecución del

proyecto de acuerdo con el alcance establecido en los términos de referencia, la

propuesta, las aclaratorias y los acuerdos de la reunión de arranque. PDVSA,

(1999).

2.3.3. Sistemas de alivio de presiones por venteo

Según N.F.P.A. 68 (1989): El sistema de alivio y venteo de una planta ó

instalación, consta de válvulas de alivio de presión, válvulas de despresurización,

equipos de recuperación de líquidos del gas venteado y equipos de quema del gas

natural.

Es un método de protección basado en la apertura de unos paramentos en las

tuberías de una planta o equipo al principio del desarrollo de un evento no

deseado, de forma que la fuerza principal se disipe en el aire y el aumento de

presión se limita a un nivel aceptable.

Para la aplicación del venteo de alivio del gas natural, es primordial conocer el

desarrollo de la presión en función del tiempo, al producirse un evento no

deseado.

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Figura. 2.2. Gráfico de la presión en función del tiempo de un evento no deseado

con y sin venteo.

En un evento no deseado que tenga lugar en un recipiente cerrado la presión se

desarrolla según la curva A de la fig. 1. En ausencia de venteo, la presión puede

alcanzar una presión máxima (Pmáx) igual o mayor de 10 bar manométricos. Esta

presión suele ser superior a la que pueden soportar la mayoría de instalaciones. Si

a una presión relativamente baja se abre un venteo de alivio de pequeña

superficie, la presión máxima en el recipiente quedará reducida a un valor inferior

llamado presión reducida de explosión (Pred), como se ilustra en la curva B. En

esta gráfica está trazada una línea discontinua que indica la resistencia delrecipiente. Se puede observar que la presión reducida Pred con un venteo de

pequeña superficie aún supera la resistencia del recipiente y podría producir

deformaciones y daños de cierta consideración. Para evitarlo se debe diseñar un

venteo de área mayor que dé una presión reducida Pred inferior como la

representada en la curva C. En el gráfico también se indica la presión estática de

apertura del venteo (Pstat).

Cuando se adopte el venteo de alivio se debe conocer la presión máxima de

explosión y el gradiente máximo de explosión, los cuales se pueden determinar

con ensayos en recipientes normalizados de 20 litros o 1 m 3.

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2.3.3.1 Gas Natural

Se denomina gas natural al formado por los miembros mas volátiles de la serie

parafínica de hidrocarburos, principalmente metano, cantidades menores de

etano, propano y butano y, finalmente, puede contener porcentajes muy pequeños

de compuestos mas pesados. Además, es posible conseguir en el gas natural

cantidades variables de otros gases no hidrocarburos, como dióxido de carbono,

sulfuro de hidrogeno (ácido sulfhídrico), nitrógeno, helio, vapor de agua, etc.

El gas natural puede obtenerse como tal en yacimientos de gas libre o asociado

en yacimientos de petróleo y de condensado (porciones volátiles de petróleo). EnVenezuela, los yacimientos de gas libre son de reciente utilización.

Tradicionalmente el gas natural se ha obtenido vinculado con la producción de

petróleo. Es oportuno recordar el proyecto Cristóbal colon, en el oriente del país, el

cual se dirigirá a la licuefacción del gas procedente de yacimientos de gas libre.

(Perry, 2001).

2.3.3.2 Características y propiedades del gas natural

Barberii (1998) declara que la composición real de un determinado gas se obtiene

y aprecia por medio de análisis cualitativos y cuantitativos. Estos análisis

enumeran los componentes presentes y el porcentaje de cada componente en la

composición total. Además de los hidrocarburos presentes, por análisis se detecta

la presencia o no de otras substancias que merecen atención debido a quepueden ocasionar trastornos en las operaciones de manejo, tratamiento y

procesamiento industrial del gas.

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2.3.3.3. Densidad del gas natural

Cuando se habla de la densidad (relación masa/volumen) de los líquidos o de los

sólidos, el punto de referencia es el agua, y se dice que la densidad del agua es 1,

o sea que un gramo de agua ocupa un centímetro cúbico, o 1.000 gramos de agua

ocupan un litro, o 1.000 kilos de agua ocupan un metro cúbico. Así que cualquier

sólido o líquido en su relación masa/agua, con referencia al agua, pueden ser igual

o más denso o menos denso que el agua si su valor de relación es igual, mayor o

menor que uno. Para los crudos se introdujo la fórmula °API o gravedad

específica, para determinar si los crudos son más, igual o menos pesados que el

agua.

Para los gases, debido a que son afectados por la temperatura y por la presión, se

usa como referencia la relación de igual, mayor o menor peso que un gas pueda

tener con respecto al peso molecular del aire, cuyo valor se ha determinado en

28,96.

2.3.3.4. Viscosidad del gas natural

Así como la viscosidad es una característica física importante de los líquidos,

también lo es para los gases. La unidad de medida en ambos casos es el poise,

en honor al médico y físico francés J.L.M. Poiseuille († 1869). La definición de

poise se deriva de la determinación de la fuerza requerida por centímetro

cuadrado para mover a velocidad de un centímetro por segundo un plano móvil y

paralelo a otro plano fijo distantes un centímetro entre sí y cuyo espacio está lleno

del líquido o fluido objeto de la medición de viscosidad. La viscosidad del gas

natural es expresión de su resistencia al flujo y tiene aplicaciones importantes en

la producción, procesos de acondicionamiento y mercadeo. Debido a los

incrementos de temperatura a que puede ser sometido el gas natural, su

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viscosidad tiende a aumentar como resultado del incremento de la actividad

molecular, si se mantiene a bajas presiones. En el caso de los líquidos, aumentos

de temperaturas reducen su viscosidad. Tomando en consideración las relaciones

entre las propiedades físicas de los componentes del gas natural (peso molecular,presión, temperatura, gravedad específica, etc.) los investigadores, por estudios,

experimentos y observaciones, han enriquecido el acervo de información y

correlaciones sobre la viscosidad y otras propiedades del gas natural. Por ejemplo,

el gas metano, que porcentualmente es en casi todo caso el mayor componente

del gas natural, a presión de una atmósfera y a temperatura de 10 °C y 204 °C

muestra viscosidad de 0,0107 y 0,0163 centipoises, respectivamente. Esto

significa un incremento de viscosidad de 0,00003 centipoise por °C, debido alaumento de temperatura de 194 °C.

2.3.4. Etapas de una estación de flujo

PDVSA (2005) describe que en una estación de flujo se realiza el tratamiento del

crudo que viene de las áreas o campos de explotación, presenta un conjunto de

equipos interrelacionados para recibir, medir, almacenar temporalmente y

bombear los fluidos provenientes de los pozos ubicados en sus alrededores, todo

esto con el objetivo de optimizar el procesamiento y comercialización del crudo.

Estos equipos interrelacionados se pueden dividir en etapas generales, entre las

que se encuentran: etapa de recolección, separación, depuración,

almacenamiento y bombeo. Es importante mencionar que en todas las estaciones

de flujo ocurre el mismo proceso, por lo que podemos decir que estas etapas son

empleadas en un gran número de estaciones; luego de pasar por estas etapas, losdistintos productos pasarán a otros procesos externos a la estación de fuljo. A

continuación se describe cada una de las etapas por las que pasan los fluidos

provenientes de los pozos.

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2.3.4.1. Etapa de Recolección

Esta es una de las etapas más importantes del proceso y consiste en recolectar la

producción de los diferentes pozos de una determinada área a través de tuberías

tendidas desde el pozo hasta la Estación de Flujo respectiva, o a través de

tuberías o líneas provenientes de los múltiples de petróleo, encargados de recibir

la producción de cierto número de pozos.

2.3.4.2 Etapa de Separación

Una vez recolectado, el petróleo crudo o mezcla de fases (líquida y gas) se

somete a una separación líquido gas dentro del separador. La separación ocurre a

distintos niveles de presión y temperatura establecidas por las condiciones del

pozo de donde provenga el fluido de trabajo. Después de la separación, el gas

sale por la parte superior del recipiente y el líquido por la inferior para

posteriormente pasar a las siguientes etapas. Es importante señalar que las

presiones de trabajo son mantenidas por los instrumentos de control del

separador.

2.3.4.3. Etapa de Depuración

Por esta etapa pasa únicamente el gas que viene de la etapa de separación, y lo

que se busca es recolectar los restos de petróleo en suspensión que no se

lograron atrapar en el separador, además de eliminar las impurezas que pueda

haber en el gas, como lo son H2O y CO2. El líquido recuperado en esta etapa esreinsertado a la línea de líquido que va hacia el tanque de lavado o de

almacenamiento según sea el caso, el gas limpio es enviado por las tuberías de

recolección a las plantas de compresión, y otra cantidad va para el consumo

interno del campo cuando se trabaja con motores a gas.

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2.3.4.4. Etapa de Almacenamiento del Petróleo

Diariamente en las estaciones de flujo es recibido el petróleo crudo producido por

los pozos asociados a las estaciones, este es almacenado en los tanques de

almacenamiento después de haber pasado por los procesos de separación y

deshidratación y luego, en forma inmediata, es transferido a los patios de tanque

para su tratamiento y/o despacho.

2.3.4.5. Etapa de Bombeo

Después de pasar por las distintas etapas o procesos llevados a cabo dentro de la

estación de flujo, el petróleo ubicado en los tanques de almacenamiento es

bombeado hacia los patios de tanques para su posterior envió a las refinerías o

centros de despacho a través de bombas de transferencia.

2.3.5. Componentes básicos en una estación de flujo

Según PDVSA (2005) todas las estaciones de flujo para realizar sus funciones,

necesitan la interrelación operativa de una serie de componentes básicos, como

son:

Múltiples o recolectores de entrada, líneas de flujo, separadoras de petróleo y gas,

calentadores y/o calderas, tanques, bombas, generalmente las estaciones de flujo

están diseñadas para cumplir un mismo fin o propósito, por tal razón, los equipos

que la conforman son muy similares en cuanto a forma, tamaño y funcionamiento

operacional. Sin embargo, las estructuras de éstas y la disposición de los equipos

varían entre una procedencia y otra.

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2.3.5.1 Múltiples o recolectores de entrada

Son arreglos mecánicos de tuberías y válvulas que consisten generalmente en

varios tubos colocados en posición horizontal, paralelos uno con respecto al otro y

conectados a cada una de las líneas de flujo, su función es recolectar la

producción de los pozos que llegan a las estaciones de flujo y distribuirla hacia los

diferentes procesos del sistema sin embargo, los arreglos de válvulas, conexiones

y tuberías deben ser de manera tal que, cuando sea requerido, el flujo de cada

pozo individual pueda ser aislado para propósitos de prueba de pozos. Esto es

que el flujo de cada pozo pueda ser llevado a un separador de prueba, para

segregar y medir petróleo o productos de destilación, producción de gas y enalgunos casos producción de agua.

2.3.5.2. Línea de flujo

Es la tubería que se conecta desde el cabezal de un pozo hasta el múltiple de

producción de su correspondiente estación de flujo. Las líneas de flujo son

aquellos sistemas de manejo que transportan el flujo en forma bifásica, desde lospozos hasta un punto de convergencia denominado múltiple cada múltiple está

conformado por secciones tubulares, cuya capacidad y tamaño dependen del

número de secciones tubulares. Son fabricados en diferentes diámetros, series y

rangos de trabajo y se seleccionan según el potencial de producción y presiones

de flujo del sistema. En el diseño de las líneas de flujo se calculan principalmente

lo siguiente: La caída de presión a lo largo de la línea de flujo, la cual se calcula

usando modelos multifasicos, los espesores óptimos del tipo de material a usar

considerando las presiones de trabajo, los sistemas de limpieza y de

mantenimiento, los sistemas de protección, los sistemas de anclaje.

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• Salida del petróleo.

2.3.5.4. Depurador de gas

Un depurador de gas puede ser similar a un separador de petróleo y gas,

normalmente este maneja fluidos que contienen menos líquido que el producido

de pozos de petróleo y gas. Los depuradores de gas son usados normalmente en

recolección de gas, ventas, y líneas de distribución donde no se requiere manejar

tapones o baches de líquidos, como es a menudo el caso con separadores de

petróleo y gas. El depurador de gas tipo seco utiliza extractores de neblina y otros

internos similares a los de separadores de petróleo y gas. El depurador de gas tipohúmedo pasa la corriente de gas a través de un baño de petróleo u otro liquido

que limpie polvo y otras impurezas del gas, el gas es pasado a través de un

extractor de neblina donde todo el líquido removible es separado de este, un

depurador puede referirse a un recipiente utilizado aguas arriba de cualquier

recipiente o unidad que procese gas para proteger la unidad o recipiente aguas

abajo, de líquido hidrocarburo y/o agua.

2.3.5.5 Válvula de alivio de presión

Es un dispositivo automático de alivio de la presión diseñado para abrirse cuando

se superan las condiciones normales y para cerras de nuevo cuando las

condiciones retornan a la normalidad. Dentro de esta clase están las válvulas de

alivio, las válvulas de alivio pilotadas y las válvulas de seguridad. Las válvulas de

alivio tienen discos presionados por un muelle que cierra el orificio principal frente

a la fuente de presión. Cuando la presión se incrementa el disco a ascender para

abrir el orificio y una pequeña cantidad de líquido pasa a través de la válvula. El

incremento continuo de la presión por encima de la presión de apertura causa que

el disco abra el orificio de forma proporcional. El orificio principal se reduce y cierra

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cuando la presión retorna a su valor de consigna. Se puede mejorar las

condiciones de sensibilidad a la sobrepresión con la adición de una válvula auxiliar

de alivio de presión (piloto) a la válvula de alivio de presión básica. Esta

combinación se conoce como válvula de alivio de presión pilotada. (Perry, 2001).

2.3.5.6 Válvula de despresurización

Es similar a la válvula de alivio excepto que está diseñada para abrir

completamente, o reventar, con solo una pequeña cantidad de presión sobre el

límite especificado. Las válvulas de despresurización convencionales son

sensibles a la presión de aguas abajo y pueden presentar características deoperación insatisfactorias en aplicaciones de contrapresión variable. Existe la

válvula de alivio de seguridad equilibrada, que minimiza el efecto de la presión de

aguas abajo y su rendimiento. (Perry, 2001).

2.3.6. Simulador de procesos

Según Chen, Mathias. (2002) la aplicación de la termodinámica a los modelos de

simulación ha permitido avanzar a la industria de proceso en el diseño de nuevas

plantas y en la operación de las existentes. La elección del correcto conjunto de

ecuaciones que puedan representar las propiedades físicas y termodinámicas y el

equilibrio de las fases fluidas se denota como etapa crítica para el éxito del

proyecto de simulación.

La industria de proceso gasta anualmente en todo el mundo mucho dinero en

diseño conceptual, ingeniería de proceso, ingeniería de detalle, construcción,

puesta en marcha, operación y mantenimiento de plantas químicas, refinerías,

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plantas de polímeros y de generación de energía. Para que los ingenieros

químicos puedan ejecutar dichos procesos y estudios de producto, deben realizar

la modelización del proceso y, previamente, disponer del conocimiento necesario

de las propiedades termodinámicas y del comportamiento de las fases de lossistemas químicos con los que van a trabajar.

La simulación de procesos es la tecnología clave para el diseño y el desarrollo de

procesos, el dimensionamiento de equipos y la optimización de procesos.

Además, el constante desarrollo de modelos ha permitido más recientemente el

uso de la simulación dinámica para estudios de controlabilidad, para el desarrollo

de sistemas de entrenamiento de operadores, para la implementación de sensoresen línea basados en modelos, para el desarrollo de modelos predictivos y para el

control y la optimización en línea de procesos. No hay que olvidar, sin embargo,

que el éxito de la modelización del proceso depende totalmente de la correcta

descripción de las propiedades físicas y termodinámicas y de la correcta

descripción del equilibrio de las fases del sistema químico objeto de estudio.

El avance de las herramientas de simulación de procesos por ordenador ha sido

espectacular en los últimos treinta años. La mayoría de los balances de materia y

energía aún se realizaban a mano por equipos de ingenieros. Poco se había oído

hablar de la simulación rigurosa de separaciones multietapa y multicomponente, y

el diseño de dichos equipos se llevaba a cabo por una combinación de análisis

simplificados, métodos short-cut y años de experiencia. Hoy en día, sin embargo,

se espera que los ingenieros recién licenciados tengan ya un amplio dominio de

las soluciones informáticas, especialmente de los simuladores de proceso. En

cierta manera, el conocimiento necesario para desarrollar un proyecto de

simulación va a depender de la herramienta usada.

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Son varios los simuladores de procesos, tanto en estado estacionario como

dinámicos, que existen en el mercado, cada uno con ciertas particularidades. La

mayoría de las compañías de ingeniería dispondrán de varios de ellos entre sus

activos, ya que son una gran ayuda en manos de los ingenieros expertos. Sinembargo, la tremenda sofisticación y potencia de cálculo de estas herramientas,

combinado con la cada vez más fácil utilización de las mismas, hacen que sean

potencialmente peligrosas en manos de ingenieros menos expertos. Básicamente,

debe anteponerse el conocimiento ingenieril, el análisis riguroso de los datos

obtenidos, a simple aceptación de los resultados por el hecho de haber sido

generados por el ordenador.

En cualquier caso, el éxito en la modelización y simulación de procesos depende

críticamente de la correcta descripción de las propiedades físicas y del

comportamiento de las fases de los sistemas químicos objeto de estudio. La

selección del modelo de propiedades físicas va a ser una parte

extraordinariamente importante del proyecto de simulación y acostumbra a ser

menospreciada por los principiantes, pudiendo llegar a causar numerosos

problemas de simulación en etapas posteriores del proyecto.

• La elección del modelo termodinámico.

Los resultados obtenidos de una simulación de procesos nunca podrán ser

mejores que los datos de partida, especialmente los datos termodinámicos. Existe

una frase famosa en el entorno de la simulación de procesos que aún lleva el

concepto un paso más allá, reconociendo que si los datos de partida ya son

malos, peores van a ser los resultados.

Todo en una simulación de procesos, desde el balance de materia a los caudales

molares, a las propiedades de transporte, a la separación obtenible en las

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columnas, depende de la precisión de los datos termodinámicos usados. Los

datos necesarios para estimar los parámetros de un modelo termodinámico simple

son pocos y acostumbran a estar disponibles. Por ejemplo, si se conocen la

temperatura crítica y la presión crítica de los componentes puros, se puedenestimar los parámetros de una ecuación cúbica de estado simple. Incluso si las

propiedades críticas se desconocieran, podrían ser estimadas a partir de una

presión de vapor y de una densidad del líquido. Los métodos de contribución de

grupos necesitan incluso menos información: simplemente la estructura química

de las moléculas. En cualquier caso, las estimaciones nunca podrán ser tan

exactas como las mediciones experimentales.

Por fortuna (o no), los simuladores de proceso poseen paquetes termodinámicos

completos, que el usuario selecciona como un todo y que, sin embargo, pueden

llegar a producir resultados erróneos en todo el proceso, ya que, sin avisar, van a

aplicar ecuaciones por defecto para el cálculo de numerosas propiedades. La

elección segura del modelo termodinámico requiere conocer el sistema químico,

las opciones de cálculo del simulador a usar y el margen de error aceptable,

especialmente en los casos habituales de diseño de nuevas plantas o de solución

de problemas de las existentes. Se asume asimismo que el ingeniero usuario de

simulación, sin ser necesariamente un experto en termodinámica aplicada, conoce

y entiende las opciones termodinámicas que va a seleccionar.

• Propiedades de los componentes puros.

Las propiedades físicas de los compuestos puros como la densidad, la viscosidad,

la conductividad térmica y la capacidad calorífica no acostumbran a ser un

problema para la simulación. Las bases de datos de los simuladores acostumbran

a incorporar datos experimentales de capacidades caloríficas y hasta los métodos

de contribución de grupos producen resultados razonablemente aceptables.

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• Equilibrio de fases.

La elección del modelo termodinámico responsable del cálculo del equilibrio de las

fases debe realizarse con extremo cuidado. Siempre que sea posible, es

recomendable usar datos experimentales para obtener una regresión de los

parámetros del modelo que los hagan válidos en el intervalo de presión y

temperatura donde el modelo va a ser usado. Las desviaciones que puedan

observarse entre los datos experimentales y los simulados habrán de estudiarse

para analizar los motivos de las discrepancias. Los modelos termodinámicos para

el cálculo del equilibrio de fases pueden clasificarse en dos grandes grupos: las

ecuaciones de estado y los modelos de actividad.

Una ecuación de estado es una ecuación algebraica que calcula la presión de una

mezcla como función de la composición, el volumen y la temperatura. La

fugacidad, la entalpía y el resto de propiedades se calculan después a través de

relaciones termodinámicas estándar. pre que sea posible, es recomendable usar

datos experimentales para obtener una regresión de los parámetros del modelo

que los hagan válidos en el intervalo de presión y temperatura donde el modelo va

a ser usado. Las desviaciones que puedan observarse entre los datos

experimentales y los simulados habrán de estudiarse para analizar los motivos de

las discrepancias. Los modelos termodinámicos para el cálculo del equilibrio de

fases pueden clasificarse en dos grandes grupos: las ecuaciones de estado y los

modelos de actividad.

Los modelos de actividad, en cambio, sólo pueden usarse para calcular las

fugacidades de la fase líquida y las entalpías de mezcla. Estos modelos

proporcionan ecuaciones algebraicas para los coeficientes de actividad como

función de la composición y la temperatura. Las ecuaciones de estado

acostumbran a recomendarse para sistemas simples (no polares, moléculas

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pequeñas) y en regiones (altas presiones) donde los modelos de actividad no

pueden aplicarse. Para mezclas líquidas complejas se prefieren los modelos de

actividad, pero sólo si todos los parámetros de interacción binaria están

disponibles.

• Las ecuaciones de estado (EDOs)

El modelo termodinámico normalmente escogido por defecto será la ecuación de

Peng-Robinson (PR) o la de Soave-Redlich-Kwong (SRK). Estas EDOs, como la

mayoría de ellas, usan en su expresión algebraica tres parámetros de

componentes puros y un par de coeficientes de interacción binaria. A pesar de quecualitativamente producen buenos resultados, incluso en las proximidades del

punto crítico, se sabe que predicen mal los cambios de entalpía y que, para

componentes polares, predicen mal el equilibrio de fases.

La mayoría de los simuladores incorporan funciones que permiten mejorar el

cálculo de las entalpías en las ecuaciones de estado. La modificación de Lee-

Kessler (LK) es la más habitual. El cálculo del equilibrio de fases dependetotalmente de los parámetros de interacción binaria (PIB) usados en la EDO. Lo

deseable sería disponer de datos experimentales de equilibrio de fases en el

intervalo de presión y temperatura de interés y efectuar un ajuste por regresión de

los PIBs. El ajuste daría asimismo una aproximación de la exactitud de la EDO. En

ausencia de datos experimentales se usarán los PIBs suministrados por el

simulador, intentando siempre contrastar los resultados de la simulación con

cualquier dato real de planta disponible.

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En caso de duda sobre la mejor opción a usar como EDO, siempre puede

realizarse un estudio de sensibilidad de los resultados de simulación según el

valor de los PIBs utilizados como medida de la incertidumbre del modelo escogido.

Aunque es práctica común suponer que los PIBs de las EDOs son cero, esto no escierto para una buena parte de los binarios. La figura 1 muestra la diferencia de

resultados cuando se usan los PIBs a cero o cuando se usan los sugeridos en la

base de datos de HYSYS.

Los modelos termodinámicos no han dejado de evolucionar durante las últimas

décadas y, especialmente, en el campo de las EDOs. No sólo han sido los

departamentos universitarios y los centros públicos de investigación, las mismasempresas desarrolladoras de software han preparado e implementado en forma de

código informático modificaciones, mejoras y adaptaciones de las EDOs clásicas.

La mayoría de simuladores incorporan paquetes específicos, y normalmente

registrados y no públicos, para sistemas químicos habituales en la industria de

proceso. Desde termodinámicas adaptadas para simulación de alcoholes, hasta

paquetes para deshidratación de gases, endulzamiento de gases ácidos,

hidrocarburos pesados, aguas ácidas, etc. Al mismo tiempo, las publicaciones de

investigación apuntan hacia el desarrollo de EDOs predictivas, nuevas reglas de

mezcla, nuevas funciones de exceso, todas encaminadas a acercar la facilidad de

uso y de programación de las EDOs a la flexibilidad de ajuste de datos

experimentales de los modelos de coeficientes de actividad.

La aplicación de la termodinámica a los modelos de simulación ha sido la

tecnología que ha permitido avanzar a la industria de proceso en el diseño de

nuevas plantas y en la solución de problemas de operación de las existentes

durante los últimos 30 – 40 años. El desarrollo simultáneo de nuevas y modernas

ecuaciones termodinámicas y su implementación en simuladores de fácil uso ha

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acelerado el mencionado proceso. Sin embargo, la elección del correcto conjunto

de ecuaciones que van a representar las propiedades físicas y termodinámicas y

el equilibrio de las fases fluidas sigue siendo la etapa crítica que va a determinar

en un alto porcentaje el éxito del proyecto de simulación. A falta de un modelo

termodinámico universal, se han proporcionado unas instrucciones genéricas para

la elección de las ecuaciones. En cualquier caso, el criterio ingenieril, el sentido

común y la comprobación y validación de los datos obtenidos, debe continuar

siendo la base para la decisión final sobre la validez de los datos obtenidos.

2.4. Sistema de Variables

TITULO: Adecuación del sistema de alivio y venteo de la estación de flujoMX-94.1 a la ley penal de ambiente

Objetivos VariablesSub variables o

dimensionesIndicadores

1. Levantar los

sistemas de

alivio yventeo de

seguridad de

la

instalación. Sistemas de alivioy venteo de la

estación de flujo.

Sistemas de alivioy venteo

Válvula

automática dedespresurización,válvulas de aliviode presión yEquipo recolectorde líquidos.

2. Definir las

bases y

criterios de la

ingeniería a

desarrollar.

Bases y criteriosde diseño

Códigos ynormas,características delgas y parámetrosde diseño.

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TITULO: Adecuación del sistema de alivio y venteo de la estación de flujoMX-94.1 a la ley penal de ambiente

Objetivos Variables Sub variables odimensiones Indicadores

3. Caracterizar

los alivios y

venteos de la

instalación.

Sistemas de alivioy venteo de la

estación de flujo.

Característicasactuales del gas

venteado.

Composición delCH4, C2H6,

C3H8, C4H10,C5H12, C6H14,C7H16+, H2S,

N2, CO2 y H2O,venteados hacia

la atmosfera.

4. Desarrollar la

Ingenieríaconceptual anivel deprocesos delsistema derecuperación dealivio y venteode la Estaciónde Flujo MX-94.1.

Ingenieríaconceptual.

Diagrama de flujode proceso ysimulaciones delsistema derecolección degas de venteos.

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CAPITULO III

MARCO METODOLOGICO

En la presente investigación, el marco metodológico refleja el plan de trabajo que

sirvió de guía al autor para abordar la realidad a través de la aplicación de

métodos y técnicas corroborados científicamente, con el propósito de adecuar la

fundamentación teórica al problema y a los objetivos planteados.

3.1. Tipo de la investigación

De acuerdo a Landeau (2007, p.53):

Al iniciar un trabajo de investigación, el problema del conocimientocientífico se concibe igual para todas las situaciones tratadas, ya que entodos los casos las hipótesis son conformadas con los datosobservados o con los resultados de un experimento. Para obtener algúnresultado de manera clara y precisa, es necesario aplicar unametodología que posea los principios esenciales y precisos de una seriede etapas para lograr un objetivo planteado; por lo tanto, es importantetener un conocimiento meticuloso sobre los tipos de investigación yformas de estudio que se pueden seguir. Los tipos de investigación sehan definido de acuerdo a varios aspectos que representanmodalidades particulares de investigación, entre otras: su finalidad, a unmomento específico, a las fuentes de información, al enfoque histórico,en la observación, en la experimentación, a la amplitud y el método decasos.

Arias (2006) describe el proyecto factible como “una propuesta de acción pararesolver el problema práctico o satisfacer una necesidad. Es indispensable que la

pr opuesta se acompañe de la demostración de su factibilidad de realización”.

(p.83).

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Según el manual de la UPEL (2010, p.7):

El Proyecto Factible consiste en la investigación, elaboración ydesarrollo de una propuesta de un modelo operativo viable parasolucionar problemas, requerimientos o necesidades de organizacioneso grupos sociales; puede referirse a la formulación de políticas,programas, tecnologías, métodos o procesos. El proyecto debe tenerapoyo en una investigación documental, de campo o un diseño queincluya ambas modalidades.

Tomando en cuenta lo anteriormente expuesto la presente investigación se

consideró un proyecto factible debido a que en este se desarrolló una propuesta

técnica para la solución del venteo de gas hacia la atmosfera y derrame de líquido

de gas natural en el lago de Maracaibo en la estación de flujo MX-94.1.

3.2. Diseño de la Investigación

El diseño de la investigación se debe desarrollar para dar respuestas a los

objetivos que se persiguen e inquietudes que se originen. El termino diseño según

Arias (1999) se refiere “A la estrategia que adopta el investigador para responderal problema planteado”. (p.49).

La investigación de campo según Arias (2004) “consiste en la recolección de datos

directamente de la realidad donde ocurren los hechos, sin manipular o controlar

variables alguna”. (p.94).

Según Sabino (2000) las investigaciones de campo permiten cerciorar alinvestigador de las verdaderas condiciones en que se han conseguido los datos,posibilitando su revisión o modificación en el caso de que

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surjan duda respecto a su calidad. Esto, en general garantiza un mayor nivel de

confianza para la información obtenida.

La investigación documental según Arias (2004) “Es un proceso basado en la

búsqueda, recuperación, análisis, critica e interpretación de datos secundarios, es

decir, los obtenidos y registrados por otros investigadores en fuentes

documentales: impresas, audiovisuales o electrónicas”. (p.25).

Según las normas UPEL (2006, p.12):

Se entiende por Investigación Documental, el estudio de problemas conel propósito de ampliar y profundizar el conocimiento de su naturaleza,con apoyo, principalmente, en trabajos previos, información y datosdivulgados por medios impresos, audiovisuales o electrónicos. Laoriginalidad del estudio se refleja en el enfoque, criterios,conceptualizaciones, reflexiones, conclusiones, recomendaciones y, engeneral, en el pensamiento del autor.

En referencia a lo expuesto anteriormente, se considera que el diseño de esta

investigación es de tipo documental y de campo, ya que, se tomaron datos y/o

variables involucradas directamente de la estación de flujo y manuales de

operación, manuales de diseño, normas y algunos datos proporcionados por el

operador.

3.3 Técnicas de Recolección de la información

Según Tamayo (1994, p.184):

La recolección de datos depende en gran parte del tipo de investigacióny del problema planteado para la misma, este criterio se refiere al usode una gran diversidad de técnicas y herramientas que pueden serutilizadas por el analista, de allí que, una técnica de recolección de

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datos es cualquier recurso del que se vale el investigador paraacercarse a los fenómenos y extraer de ellos información.

Según Tamayo (1990) la observación indirecta “se presenta cuando el

investigador corrobora los datos que ha tomado de otros ya sea con testimonios

orales o escritos de personas que han tenido contacto directo con la fuente que

proporciona los datos”. (p.100).

Arias (2006) explica la observación documental como soportes materiales (papel,

madera, tela, cinta magnética, etc.) o formato digital en el que se registra y

conserva una información.

Esta técnica de recolección de datos se realizó mediante revisión a los manuales

de operación, manuales de diseño, especificaciones de equipos e instrumentos, al

evaluar los procesos de separación, depuración, almacenamiento y bombeo de la

estación de flujo existente. También se recogió información mediante técnicas de

observación indirecta mediante un cuadro que lleno el operador donde se

especificó la presión, temperatura, flujo y nivel de los equipos presentes en la

estación de flujo.

3.4. Instrumentos de recolección de datos

(Sabino, 1996, p.86) expone que:

Un instrumento de recolección de datos es, en principio, cualquier

recurso de que pueda valerse el investigador para acercarse a losfenómenos y extraer de ellos la información. Los datos secundarios, porotra parte son registros escritos que proceden también de un contactocon la práctica, pero que ya han sido recogidos, y muchas vecesprocesados, por otros investigadores; suelen estar diseminados, ya queel material escrito corrientemente se dispersa en múltiples archivos yfuentes de información.

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sistema de alivio y venteo según diseño

En la Tabla 3.1 se encuentra la lista de válvulas de alivio de presión y equipo deseguridad, para verificar en campo su existencia, identificación, ubicación, aspecto

visual y los parámetros por diseño de presión, temperatura y flujo de las válvulas,

que serán tomados posteriormente como datos de entrada en la simulación del

sistema de recolección propuesto de gas venteados en el sistema de alivio y

venteo de la estación.

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Tabla 3.2. Condiciones operacionales actuales de la estación

Semana 1

PRESI N

(psig)

TEMP.

(psig)

FLUJO

(MMPCED)N° Equipos TAG ENTRADA ENTRADA ENTRADA

1 V-2501

2 V-2502

3 V-2503

Semana 2

PRESI N

(psig)

TEMP.

(psig)

FLUJO

(MMPCED)

N° Equipos TAG ENTRADA ENTRADA ENTRADA

1 V-25012 V-2502

3 V-2503

Semana 3

PRESI N

(psig)

TEMP.

(psig)

FLUJO

(MMPCED)


1 V-2501

2 V-2502

3 V-2503

Semana 4

PRESI N

(psig)

TEMP.

(psig)

FLUJO

(MMPCED)


1 V-2501

2 V-2502

3 V-2503

En la Tabla 3.2 se encuentran los parámetros operacionales actuales de entrada a

los separadores de producción (entrada a la instalación) con sus identificaciones,con el propósito de poder comparar y validar el promedio de cada uno de estos

parámetros, con respecto al rango de los parámetros definidos por diseño en cada

uno de los separadores de producción de la estación de flujo. Se especificaron

tres parámetros operacionales como lo son la presión, temperatura y los flujos de

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entrada de cada separador de la estación de flujo. Estos parámetros serán

tomados durante cuatro semanas por el operador de la instalación, permitiéndole

al investigador, asegurarse que no se esté operando la estación de flujo por fuera

de las condiciones de procesos establecidas por diseño.

Tabla 3.3. Parámetros por diseño de los separadores de producción

Separadores de producción

V-2501 / V-2502 / V-2503

Variables del Proceso Máxima Promedio Mínima

Presión (psig)

Temperatura (°F)

Flujo (gas en MMPCED)

En la Tabla 3.3 se encuentran el rango de los parámetros operacionales por

diseño de los separadores de producción, con el propósito de poder comparar y

validar estos valores con respectos a los parámetros promedios operacionales

obtenidos en la Tabla 3.2 y determinar si la estación de flujo se encuentra

operando fuera del rango establecido por diseño.

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3.5. Fases de la investigación

Con el fin de cumplir los objetivos alcanzados en este trabajo de investigación se

desarrollaron las actividades por fases de la forma siguiente:

3.5.1. Fase I. Levantamiento del sistema de alivio y venteo de seguridad de la

instalación

En esta fase, se obtuvo la información técnica de campo por las disciplina deproceso, durante las visitas al área del personal de ingeniería de la consultora

Gastca. El levantamiento se efectuó utilizando la información de la Tabla 3.3 en

donde se valido, existencia, identificación, ubicación, aspecto visual de las

válvulas y equipos, y los parámetros por diseño de presión, temperatura y flujo

asociadas al sistema de alivio. Así también, conocer la infraestructura existente,

flexibilidades y restricciones para el desarrollo del proyecto “Adecuación del

sistema de alivio y venteo de la estación de flujo MX-94.1 a la ley penal deambiente”; ubicada en el lago de Maracaibo, Estado Zulia – Venezuela.

El levantamiento en campo, del mismo modo permitió, verificar que no existen

limitaciones físicas de espacio, entre las tuberías existentes y las tuberías del

sistema de recolección propuesto de gas venteado, que puedan causar

interferencia ó afectar el diseño de la conexión mecánica entre los mismos.

3.5.2. Fase II. Definición de las bases y criterios de diseño

Para el establecimiento de las bases y criterios de diseño que condicionaron la

elaboración de la ingeniería adecuación del sistema de alivio y venteo de la

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estación de flujo MX-94.1 a la ley penal del ambiente, se obtuvo información

mediante observación indirecta y observación documental a través de todos los

documentos e información suministrados por Gastca.

Los códigos y normas, permitirán obtener un punto de referencia para la adopción

de buenas prácticas, siendo en su mayoría documentos técnicos normativos, que

facilitaron el desarrollo del proyecto; las propiedades del gas venteado, permitieron

obtener

norma pdvsa dti y dfp

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