Clase 1 Gases Combustiles.pdf

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GASES COMBUSTIBLES Freddy J. Rojas IG3 00453

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GLP Gas Natural

Freddy J. Rojas, M.Sc. 2

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Gas Licuado de Petróleo

Freddy J. Rojas, M.Sc. 3

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Gas Licuado de Petróleo Tanque de combustible Dispositivos electrónicos Electroválvula Regulador

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Tubos de cobre

Mezclador

Freddy J. Rojas, M.Sc.

4

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Gas Licuado de Petróleo: Gasocentro

Freddy J. Rojas, M.Sc. 5

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Gas Natural: Distribución

Freddy J. Rojas, M.Sc. 6

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Gas Natural: Aplicaciones

Freddy J. Rojas, M.Sc. 7

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Gas Natural: Aplicaciones

Freddy J. Rojas, M.Sc. 8

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Donde se encuentra el Gas Natural?

Freddy J. Rojas, M.Sc. 9

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Como se extrae el Gas Natural?

Equipo de perforación

Freddy J. Rojas, M.Sc.

10

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Como se procesa el Gas Natural? • Una vez extraído de los reservorios se somete a un proceso de separación. • Proceso de separación: – Gas natural seco – Líquidos de gas natural – Otros componentes

Freddy J. Rojas, M.Sc.

11

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Mapa de localización del proyecto CAMISEA

Freddy J. Rojas, M.Sc. 12

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Mapa de localización del proyecto CAMISEA

Freddy J. Rojas, M.Sc. 13

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Explotación, transporte y distribución

Freddy J. Rojas, M.Sc. 14

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Mapa de localización de la red troncal primaria de distribución de GN

Fuente: Gas Natural de Lima y Callao - GNLC

Freddy J. Rojas, M.Sc.

15

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Esquema del proyecto de exploración, transporte y distribución del GN

Fuente: Oficina de Estudios Económicos - OSINERG

Freddy J. Rojas, M.Sc.

16

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Principales Mercados para el Gas Natural

Fuente: Gerencia Adjunta de Regulación Tarifaria - OSINERG

Freddy J. Rojas, M.Sc.

17

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Freddy J. Rojas, M.Sc. 18

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Comparación de costos de Generación Eléctrica

Fuente: Gerencia Adjunta de Regulación Tarifaria - OSINERG

Freddy J. Rojas, M.Sc.

19

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Distribución: Niveles de Presión • La empresa CALIDDA (GNLC), ha determinado los siguientes niveles de presión de diseño y operación para el sistema de Distribución:

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Designación

Presión de Diseño

Presión de Operación

Red principal

50 bar

20< … <= 50 bar

Red de media presión

19 bar

11< … <= 19 bar

Red de baja presión AC

10 Bar

4< … <= 10 bar

Red de baja presión PE

5 bar

0.5< … <= 4 bar

Freddy J. Rojas, M.Sc.

20

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Tarifa de Trasporte y Distribución en Alta Presión US$/Mil m3 Transporte

44,7440

Distribución

6,9311

US$/MMBTU (*) 1,2529 0,1941

Fuente: Resolución OSINERG N° 097-2005-OS/CD (No incluye factor de descuento, FD = 0.91436) PCS = 9000 kcal/m3

Freddy J. Rojas, M.Sc.

21

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Tarifa de Distribución (Otras Redes) Unidades

A

B

C

D

Residencial

Comercial

Industrial menor

Industrial mayor

19,98

11,5

0,144

0,087

MD

US$/mil m3

119,7

52,67

MC

US$/cliente-mes

0,85

10,67

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US$/(m3/dia)-mes

Fuente: Resolución OSINERG N° 097-2004-OS/CD

Freddy J. Rojas, M.Sc.

22

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Precios de Gas Natural por Categorías (incluye IGV) Categoría

m3/Mes

GJoule/mes

S/./mes

S/./GJoule

US$/GJoule

A

28

1,04

28,45

27,27

8,35

B

300

11,18

232,71

20,82

6,37

C

125000

4657,12

66098,63

14,19

4,34

D

600000

22354,18

293109,33

13,11

4,01

Fuente: OSINERG Tipo de cambio (TC) : .3.267

Freddy J. Rojas, M.Sc.

23

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Precio de Sustitutos (incluye IGV) Categoría

Sustituto

S/./kg (*)

A

GLP

B

GLP

C

Diesel 2

D

Residual 6

S/./galón (*)

S/./GJoule

US$/GJoul e

Ahorro PGN/PS (**)

3,56

67,32

20.61

59%

3,17

59,81

18,31

65%

8,64

45,92

14,06

69%

3,62

20,29

6,21

35%

(*) En base a lista de precios PETROPERU (**) PGN = Precio del Gas Natural (factura estimada) PS = Precio del Combustible Sustituto Tipo de Cambio (TC) = 3.267

Freddy J. Rojas, M.Sc.

24

Comparación de Precios (incluye IGV)

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S/./GJoule

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Comparación de Precios del GN y Sustitutos

80 70 60 50 40 30 20 10 0

GLP

GLP D2 R6

A

B

C

D

Categorías GN

Freddy J. Rojas, M.Sc.

Sustituto

25

Comparación de Precios (incluye IGV) 25

US$/GJoule

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Comparación de Precios del GN y Sustitutos

GLP

20

GLP D2

15

R6

10

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5 0 A

B

C

D

Categorías GN

Freddy J. Rojas, M.Sc.

Sustituto

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Clasificación de los Gases Combustibles GASES COMBUSTIBLES

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PRIMERA FAMILIA Gas Manufacturado Gas de ciudad Gas de alumbrado Gas de coque Acetileno Gas de Agua Gas de Aire Gas Pobre o mixto Gas de altos hornos Hidrógeno

Freddy J. Rojas, M.Sc.

SEGUNDA FAMILIA

Gas Natural

TERCERA FAMILIA

Propano Butano GLP

27

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GAS LICUADO DE PETRÓLEO

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GLP: Gas Licuado de Petróleo El G.L.P. se encuentra en estado líquido en los envases, ya que al pasar al estado gaseoso se multiplica 262 a 270 veces. Esta característica del gas hace posible que un recipiente pequeño pueda abastecer de gas a una familia por un promedio de un mes.

FASE GASEOSA FASE LÍQUIDA Freddy J. Rojas, M.Sc.

29

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GLP: Sinónimos Sinónimos: G.L.P. - L.P.G. - G.P.L. - Gas licuado de petróleo - Propano / Butano

Freddy J. Rojas, M.Sc.

30

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Propiedades del GLP

Freddy J. Rojas, M.Sc. 31

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GLP: Características y Propiedades SUSTANCIA

DENSIDAD

Propano (Líquido)

0,508 kg/l

Butano (Líquido)

0,584 kg/l

Agua (Líquido)

1,0 kg/l

Mezcla (70% Propano – 30% Butano)

0,531 kg/l

Peso específico El peso específico del GLP en estado líquido en relación al agua se calcula de la siguiente manera:

 sust   H 2O Freddy J. Rojas, M.Sc.

32

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GLP: Peso Específico del GLP Líquido 1 litro de GLP líquido

GLP

0,531 kg

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1 litro de agua 1,0 kg

Freddy J. Rojas, M.Sc.

H2 O

33

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GLP: Densidad Específica del GLP Vapor La densidad específica del GLP en estado vapor en relación al aire se calcula de la siguiente manera:

 sust   aire SUSTANCIA

DENSIDAD

Propano (Vapor)

1,522 kg/m3

Butano (Vapor)

2,006 kg/m3

Aire Mezcla (70% Propano – 30% Butano) Freddy J. Rojas, M.Sc.

1,0 kg/m3 1,667 kg/m3 34

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GLP: Peso Específico del GLP Vapor 1 m de aire 3

1,0 kg

1 m3 de GLP vapor GLP

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Aire

Freddy J. Rojas, M.Sc.

1,667 kg

35

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GLP: Punto de Ebullición Se conoce como punto de ebullición de una sustancia determinada a la temperatura en que pasará del estado líquido al de vapor.

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Sustancia Propano Butano Agua

Freddy J. Rojas, M.Sc.

Punto de Ebullición °F -43,7 +31,1 +212,0

°C -42,1 -0,5 +100,0

36

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Uso del GLP en regiones frías Para obtener vapor del G.L.P. Es necesario mantenerlo siempre sobre su temperatura de ebullición, por lo anterior el Butano no puede ser empleado en regiones demasiado frías, ya que si la temperatura es inferior a 0,5°C bajo cero el recipiente que contiene el butano carecería de vapor y no existiría presión.

Freddy J. Rojas, M.Sc.

37

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GLP: Capacidad de Vaporización Cada litro de GLP Líquido (70% propano, 30%butano), de un tanque o recipiente(Cilindro), es capaz de producir 262 a 270 litros de vapor. Generalmente el GLP, es extraído y utilizado en estado de vapor. La gran capacidad de vaporización que posee el GLP permite almacenar en recipientes pequeños grandes cantidades de GasVapor.

Freddy J. Rojas, M.Sc.

38

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GLP: Capacidad de Vaporización 1 litro de líquido de propano equivale a 272,6 litros de gas.

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1 litro de líquido de butano equivale a 237,8 litros de gas.

Freddy J. Rojas, M.Sc.

39

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Ejemplo de un cilindro de 45 kg de GLP

45kg 

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Gas _ Vapor 

Freddy J. Rojas, M.Sc.

262lvap

lliq kg 0,531 lliq

 22203,38lvap

40

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GLP: Poder Calorífico PODER CALORÍFICO

UNIDAD

PROPANO

BUTANO

MEZCLA (70% P – 30% B)

Kcal/Kg (Líquido)

13005

11780

12638

BTU/Kg (Líquido)

47659

46768

47392

Kcal/litro (Líquido)

6105

6910

6347

BTU/litro (Líquido)

24238

27432

25196

Kcal/litro (Vapor)

23

30

25

BTU/litro (Vapor)

91

119

99

Freddy J. Rojas, M.Sc.

41

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GLP: Accesorios

Freddy J. Rojas, M.Sc. 42

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GLP: Seguridad en Uso de Cilindros • Instale los cilindros en espacios ventilados, pero protegidos de la intemperie y de personas extrañas. • No someta a los cilindros a calor excesivo, ya que se podría activar la válvula de seguridad dejando escapar el gas. • Utilice los cilindros en posición vertical, la válvula de seguridad no funciona si está en contacto con la fase líquida del gas.

Freddy J. Rojas, M.Sc.

43

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GLP: Seguridad en Uso de Cilindros • No permita que se golpeen los cilindros, esto podría debilitar sus paredes, no logrando soportar la presión interna y causando una explosión. • Instale los estanques fuera de edificios y subterráneos. • El terreno en que se encuentren instalados los estanques debe estar libre de materiales combustibles (malezas o pasto seco), por lo menos en un radio de 3 m. Freddy J. Rojas, M.Sc.

44

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GLP: Seguridad en Uso de Cilindros • Si los estanques se ubican en lugares accesibles al público, deben protegerse por una reja de seguridad con las siguientes características: • Puerta con cerradura o candado. – Distancia mínima al estanque 1 m. – Altura mínima 1,8 m.

Freddy J. Rojas, M.Sc.

45

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GLP: Seguridad en Uso de Cilindros • Si el estanque es subterráneo, debe contar con el siguiente sistema de protección: – Reja horizontal anclada ubicada a no más de 10 cm sobre la caja protectora. – Escotilla que permita efectuar la operación de carga del estanque. – Cerradura o candado. – Debe resistir como mínimo una carga concentrada de 100 kg o una carga distribuida de 500 kg/m2 Freddy J. Rojas, M.Sc.

46

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GLP: Seguridad en Uso de Cilindros • Los estanques deben instalarse a una cierta distancia de las líneas eléctricas. Por ejemplo, si existe una línea de 220 v, la distancia mínima de instalación será de 2 m.

Freddy J. Rojas, M.Sc.

47

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GLP: Seguridad Cilindro dentro de cocina

Instalaciones inapropiadas Freddy J. Rojas, M.Sc.

Piso de madera 48

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GLP: Seguridad Tanques instalados incorrectamente

Freddy J. Rojas, M.Sc.

49

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GLP: Seguridad Tanque instalado

Freddy J. Rojas, M.Sc. 50

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GLP: Seguridad

Instalación incorrecta

Freddy J. Rojas, M.Sc. 51

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GLP: Seguridad

Instalación correcta

Freddy J. Rojas, M.Sc. 52

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GLP: Seguridad El gas licuado de petróleo no es tóxico, pero si inflamable y explosivo en determinadas circunstancias.

Freddy J. Rojas, M.Sc.

53

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GLP: Seguridad Nunca compruebe con una llama encendida las posibles fugas de gas licuado de petróleo.

Freddy J. Rojas, M.Sc.

54

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GLP: Seguridad Siempre debe encenderse primero el fósforo y después abrirse la llave del quemador a usar.

Freddy J. Rojas, M.Sc.

55

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GLP: Seguridad No caliente el cilindro o balón con velas, fósforos o sopletes para obtener mayor rendimiento de su recipiente.

Freddy J. Rojas, M.Sc.

56

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GLP: Seguridad Si se detecta fugas de gas licuado, se debe evitar fuentes de inflamación, especialmente encender fósforos, cigarrillos, puntos de iluminación u otras llamas vivas

Freddy J. Rojas, M.Sc.

57

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GLP: Seguridad El gas licuado de petróleo se expande en la atmósfera lentamente a menos que exista una fuerte corriente de aire, por lo tanto, si detecta fugas espera por lo menos media hora antes de encender llamas o luces.

Freddy J. Rojas, M.Sc.

58

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GLP: Seguridad Si detectan fugas debe mantenerse cerradas todas las llaves de las válvulas hasta que se verifique el desperfecto.

Freddy J. Rojas, M.Sc.

59

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GLP: Seguridad Si existe pérdida de gas licuado se debe ventilar el ambiente, abriendo puertas y ventanas de la cocina y el departamento para evitar la acumulación de combustible. Tome note, el gas licuado de petróleo se acumula en lugares bajos.

Freddy J. Rojas, M.Sc.

60

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GLP: Riesgo Ambiental Exposición permisible en 8 horas

Freddy J. Rojas, M.Sc.

1000 ppm

61

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GLP: Riesgo Incendio

Materiales de extinción

Freddy J. Rojas, M.Sc.

CO2, Polvo Químico, Niebla de Agua

62

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GLP: Riesgo de Quedarse sin Oxígeno 16% O2

Sube frecuencia de pulsos y la respiración, se afectan las funciones mentales

14% O2

Fatiga anormal, perturbación emocional, baja capacidad de juicio y coordinación deficiente. Nauseas, vómitos, daño permanente al corazón y perdida de conciencia.

5% O2

Coma en 40 s. debe suministrase oxígeno para tener la posibilidad de sobrevivir.

Freddy J. Rojas, M.Sc.

63

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GLP: Bleve

Freddy J. Rojas, M.Sc. 64

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GLP: Bleve

Freddy J. Rojas, M.Sc. 65

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GLP: Bleve

Freddy J. Rojas, M.Sc. 66

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GLP: Bleve

Freddy J. Rojas, M.Sc. 67

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GAS NATURAL

Freddy J. Rojas, M.Sc. 68

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Que es el gas natural? • EL Gas Natural es una mezcla de hidrocarburos, cuyo componente principal es el Metano (CH4)

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H H

C H

Freddy J. Rojas, M.Sc.

H

H

H

H

C

C

H

H

H

69

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Gas Natural: Estructura Molecular

Freddy J. Rojas, M.Sc. 70

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Gas Natural: Propiedades Físicas y Químicas (Genérico) Hidrocarburo

Composición Química

Rango (en %)

Metano

CH4

80 – 95

Etano

C2H6

2–6

Propano

C3H8

0–3

Butano

C4H10

0–3

N2

0–1

CO2

0–2

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Nitrógeno Dióxido de Carbono

Freddy J. Rojas, M.Sc.

71

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Gas Natural: Propiedades • • • • • •

Poder Calorífico Densidad Índice de Wobbe Relación Hidrógeno/Carbono: 4 Velocidad de propagación de la llama Límites de Inflamabilidad

Freddy J. Rojas, M.Sc.

72

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Gas Natural: Poder Calorífico • Es la cantidad de calor liberado a condiciones normales (25 °C y 1 atm) por cada unidad combustible cuando los reactantes y productos están en las mismas condiciones 25 °C y 1 atm. – Poder Calorífico Superior: [kJ/kg, BTU/m3] – Poder Calorífico Inferior: [kJ/kg, BTU/m3]

Freddy J. Rojas, M.Sc.

73

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Gas Natural: Densidad

• Densidad = 0,7462 kg/Nm3

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• Densidad relativa = 0,6175

Freddy J. Rojas, M.Sc.

74

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Gas Natural: Índice de Wobbe • El índice de Wobbe se representa por la letra W y se define a partir de la siguiente expresión:

W 

PCS



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PCS: Poder calorífico superior, [MBTU/m3] : Densidad relativa del gas respecto al aire W = 48,41 MBTU/Nm3

• Dos gases que tengan el mismo índice de Wobbe proporcionan el mismo poder calorífico y por tanto son intercambiables. Freddy J. Rojas, M.Sc.

75

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Gas Natural: Velocidad de Llama

• Velocidad =0,36 m/s

Freddy J. Rojas, M.Sc.

76

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Ventajas del Gas Natural

Freddy J. Rojas, M.Sc. 77

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Ventajas del Gas Natural • Ahorros entre 30% y 60% en costo de combustible • Ahorros en almacenamiento • Menores costos de almacenamiento • Se paga después de consumir (pago mensual) • Eliminación de costos financieros por stock • Pago solo por volumen consumido Freddy J. Rojas, M.Sc.

78

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Ventajas de productividad y competitividad • Es gas natural es gaseoso. Alto rendimiento en la combustión • No requiere almacenamiento ni precalentamiento • Combustible libre de impurezas, permite un calentamiento directo en los productos • La regulación y medición es sencilla y precisa • Garantía de suministro continuo Freddy J. Rojas, M.Sc.

79

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Uso Industrial del Gas Natural • El GN puede sustituir a los siguientes combustibles: – – – – – –

Diesel 2 Kerosene Gas licuado de petróleo (GLP) Petróleos Industriales R4, R5, R6, R500 Carbón mineral Leña

Freddy J. Rojas, M.Sc.

80

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Ventajas medio ambientales • Es el combustible que menos contamina el ambiente, debido a que en su combustión no se generan gases tóxicos, carboncillo, cenizas. • No es tóxico ni corrosivo.

Carboncillo

Freddy J. Rojas, M.Sc.

81

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Ventajas Medioambientales del GN en comparación con otros combustibles

Freddy J. Rojas, M.Sc.

82

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Propiedades del Gas Natural

Freddy J. Rojas, M.Sc. 83

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Propiedades del Gas Natural

El Gas Natural, es inodoro en estado puro, igual que ocurre con el monóxido de carbono (tóxico). Por eso es común que se le adicionen componentes odorantes (Mercaptano), que tienen un olor desagradable y sirven para advertir un escape en las tuberías o en los artefactos a gas.

Freddy J. Rojas, M.Sc.

84

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Gas Natural: Características del Gasoducto Troncal Longitud: 61305 m Diámetro: 20” (50 cm) Espesor: 11.13 mm

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Presión máxima: 50 barg Material: Acero API 5L X56 Tapada mínima: 1.2 m Válvulas de bloqueo de línea: 10

Freddy J. Rojas, M.Sc.

85

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Gas Natural: Secuencia Constructiva

Freddy J. Rojas, M.Sc. 86

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Gas Natural: Secuencia Constructiva

Freddy J. Rojas, M.Sc. 87

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Gas Natural: Secuencia Constructiva

Freddy J. Rojas, M.Sc. 88

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Gas Natural: Características de tapada de zanja

Freddy J. Rojas, M.Sc.

89

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Gas Natural: Empalmes

Freddy J. Rojas, M.Sc. 90

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Seguridad: Gas Natural • Si percibe olor a gas probablemente existe una fuga, para ubicarla realice el siguiente procedimiento: – Diríjase al lugar donde el olor sea más intenso. – Verifique que las llaves del o los artefactos estén cerradas.

Freddy J. Rojas, M.Sc.

96

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Seguridad: Gas Natural • Corte el flujo del gas cerrando la llave de paso y ventile la habitación donde se encuentra el artefacto. • Reanude el flujo de gas y con una solución de agua jabonosa, «pinte» las uniones de las cañerías, mangueras, llaves, etc. • Si en algún punto se forman burbujas, habrá encontrado la fuga.

Freddy J. Rojas, M.Sc.

97

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GAS NATURAL LICUADO

Freddy J. Rojas, M.Sc. 98

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Gas Natural Licuado (GNL) y su Composición El gas natural licuado (GNL) es gas natural que ha sido enfriado hasta el punto que se condensa a líquido. Este proceso se denomina Licuefacción. El proceso de licuefacción requiere la extracción de componentes como el agua, dióxido de carbono y otros. Como resultado, el GNL está compuesto en su mayoría de metano.

Freddy J. Rojas, M.Sc.

99

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Proceso de Licuefacción • Es el proceso de convertir GN a fase líquida (-161°C y 1 atm.), reduciendo el volumen unas 600 veces para que pueda ser transportado en barcos. • Es necesario eliminar componentes susceptibles de congelarse durante el proceso de enfriamiento (agua, CO2, gases ácidos e hidrocarburos pesados), así como compuestos dañinos para las instalaciones (azufre y mercurio). Freddy J. Rojas, M.Sc.

100

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Etapas del proceso de Licuefacción: • El proceso de Licuefacción está formado de las siguientes etapas: – (i) Extracción de CO2. – (ii) Deshidratación y filtrado. – (iii) Licuefacción y almacenamiento.

Freddy J. Rojas, M.Sc.

101

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Cadena del Valor del GNL

Para disponer de GNL se debe invertir en un número de diferentes operaciones o procesos relacionados entre sí. Freddy J. Rojas, M.Sc.

105

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Licuefacción Proceso de transformar el gas natural a fase líquida enfriándolo a temperaturas cercanas a -161 C.

El proceso de licuefacción reduce el volumen del gas natural unas 600 veces permitiendo el transporte en barcos. Las plantas que realizan este procedimiento se encuentran normalmente situadas en la costa.

Freddy J. Rojas, M.Sc.

106

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Transporte de GNL (Barcos metaneros) Los barcos metaneros son los barcos sofisticados y de alta tecnología. Todos cuentan con doble casco y tienen habilitados uno o varios depósitos criogénicos que permiten mantener la carga a -161 grados. La mayoría de los barcos de GNL usan tanques esféricos (Tipo “Moss”). Éstos son reconocidos fácilmente porque la parte alta de los tanques son visibles encima de la cubierta. Freddy J. Rojas, M.Sc.

107

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Casco Interior Buque Metanero

El GNL se almacena en un sistema especial dentro del casco interior donde se mantiene a presión atmosférica y -161 C.

Freddy J. Rojas, M.Sc.

108

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Buque de Transporte Tipo “Moss” El buque típico puede transportar alrededor de 125,000 –138,000 m3 de GNL, lo cual se convierte entre 73,6 – 79,3 millones de m3 de gas natural.

Freddy J. Rojas, M.Sc.

109

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Buque de Transporte Tipo “Moss”

El buque típico mide 274 m. de longitud, alrededor de 42 m. de ancho y 10 m. de casco sumergido. Cuesta aprox. $160 millones de dólares. Freddy J. Rojas, M.Sc.

110

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Almacenamiento y Regasificación

En el terminal, el GNL en su estado liquido es bombeado a un tanque de almacenamiento y después es bombeado a alta presión a través de diferentes partes del terminal donde es calentado en un ambiente controlado. Freddy J. Rojas, M.Sc.

111

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Planta Almacenamiento y Regasificación

Freddy J. Rojas, M.Sc. 112

Pontificia Universidad Católica del Perú Combustion & Fire Engineering

Tanques de Almacenamiento del GNL Los tanques de almacenamiento del GNL tienen capacidades desde los 50,000 m3 hasta los 150,000 m3. El diámetro es del orden de los 60 a 70 metros. El GNL se calienta circulándolo por tuberías con aire a la temperatura ambiente o con agua de mar, o circulándolo por tuberías calentadas por agua. Una vez que el gas es vaporizado se regula la presión y entra en la red de gasoductos como gas natural. Freddy J. Rojas, M.Sc.

113

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Transporte por Gasoductos Una vez regasificado, la distribución del gas natural se realiza a través de la red de gasoductos. El gasoducto está formado por tubos de acero muy elásticos y unidos entre sí por medio de soldaduras.

La principal ventaja del gasoducto sobre transportes alternativos es su economía y seguridad.

Freddy J. Rojas, M.Sc.

114

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Costos de Transporte

Freddy J. Rojas, M.Sc. 115

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Costos del GNL Disminuyen

Freddy J. Rojas, M.Sc. 116

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Planta de Licuefacción GNL El proceso de licuado permite retirar el oxígeno, el dióxido de carbono, los componentes de azufre y el agua del gas natural. Cada metro cúbico de líquido equivale a unos 600 metros cúbicos de gas. Para el proceso, una planta de licuefacción consume del orden del 8% del gas convertido en GNL para licuar el resto.

Freddy J. Rojas, M.Sc.

117

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Ámbito de aplicaciones • • • • • • • • • •

Industria del vidrio Industria de alimentos Industria textil Industria de cerámicas Industria de papel Industria del cemento Fundición de metales Generación de electricidad Cogeneración Industria petroquímica

Freddy J. Rojas, M.Sc.

125

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Gas Natural: Aplicaciones en Calderos

Freddy J. Rojas, M.Sc. 126

Pontificia Universidad Católica del Perú Combustion & Fire Engineering

Gas Natural: Aplicaciones en Calderos Térmicos

Freddy J. Rojas, M.Sc.

127

Combustion & Fire Engineering

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Gas Natural: Aplicaciones en Calentadores

Freddy J. Rojas, M.Sc. 128

Pontificia Universidad Católica del Perú Combustion & Fire Engineering

Gas Natural: Aplicaciones en Empresas Textil, Galletas

Freddy J. Rojas, M.Sc.

129

Pontificia Universidad Católica del Perú Combustion & Fire Engineering

Gas Natural: Aplicaciones en Hornos, Empresa de Papel

Freddy J. Rojas, M.Sc.

130

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Gas Natural: Aplicaciones en Calentadores de Agua, Cocina

Freddy J. Rojas, M.Sc.

131

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Gas Natural: Aplicaciones en Grupos Electrógenos

Freddy J. Rojas, M.Sc.

132

Combustion & Fire Engineering

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COMPARACIÓN GLP vs GN

Freddy J. Rojas, M.Sc. 133

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Clasificación de los Gases Combustibles GASES COMBUSTIBLES

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PRIMERA FAMILIA Gas Manufacturado Gas de ciudad Gas de alumbrado Gas de coque Acetileno Gas de Agua Gas de Aire Gas Pobre o mixto Gas de altos hornos Hidrógeno

Freddy J. Rojas, M.Sc.

SEGUNDA FAMILIA

Gas Natural

TERCERA FAMILIA

Propano Butano GLP

134

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Comparación Instalación GLP vs GN

Freddy J. Rojas, M.Sc. 135

Combustion & Fire Engineering

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GLP: Instalación Domiciliaria e Industrial

Freddy J. Rojas, M.Sc. 136

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Gas Natural: Instalación del Gasoducto Troncal

Freddy J. Rojas, M.Sc.

137

Combustion & Fire Engineering

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Gas Natural: Instalación del Gasoducto

Freddy J. Rojas, M.Sc. 138

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Velocidad de llama: GN, GLP y otros Gases Combustible

Velocidad m/s 0,36

*Velocidad m/s

Propano

0,47

0,44

Butano

0,45

0,38

GLP

0,46

Hidrógeno

2,83

Gas Natural

2,07

Fuente: * Cálculos realizados por el autor

Freddy J. Rojas, M.Sc.

139

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Rango de inflamabilidad de combustibles gaseosos Combustible

Metano Propano Butano Hidrógeno Acetileno Monóxido de carbono Gas Natural Gas licuado de petróleo Gases de Alcohol Gases de Gasolina

Aire Límite Inferior 5,00% 2,37% 1,86% 4,00% 2,50% 12,50% 5,00% 1,80% 1,90% 1,40%

Límite Superior 14,00% 9,50% 8,41% 74,20% 80,50% 74,20% 15,40% 9,50% 3,30% 7,40%

Oxígeno Límite Límite Inferior Superior 5,00% 60,00% 2,30% 45,00% 1,80% 40,00% 4,00% 94,00% 2,80% 93,00% 16,00% 94,00%

Fuente: Indura Perú S.A. 1 atm. 20°C

Freddy J. Rojas, M.Sc.

140

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Densidad relativa de combustibles gaseosos  d  aire Combustible Gas Natural Gas licuado de petróleo Gases de Alcohol Gases de Gasolina Metano (2) Etano (2) Propano (2) Butano (2)

Densidad [kg/m3]

Densidad relativa (1)

0,756 2,168 1,960 3,7-4,9 0,680 1,283 1,899 2,545

0,617 1,77 1,6 3-4 0,555 1,047 1,550 2,077

(1) 1 atm. 15°C. (Aire=1.225 kg/m3) (2) cálculos propios.

Freddy J. Rojas, M.Sc.

141

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Rango de inflamabilidad de combustibles gaseosos Combustible

Metano Propano Butano Hidrógeno Acetileno Monóxido de carbono Gas Natural Gas licuado de petróleo Gases de Alcohol Gases de Gasolina

Aire Límite Inferior 5,00% 2,37% 1,86% 4,00% 2,50% 12,50% 5,00% 1,80% 1,90% 1,40%

Límite Superior 14,00% 9,50% 8,41% 74,20% 80,50% 74,20% 15,40% 9,50% 3,30% 7,40%

Oxígeno Límite Límite Inferior Superior 5,00% 60,00% 2,30% 45,00% 1,80% 40,00% 4,00% 94,00% 2,80% 93,00% 16,00% 94,00%

Fuente: Indura Perú S.A. 1 atm. 20°C

Freddy J. Rojas, M.Sc.

142

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Mezcla de: Aire+Gas Licuado 0% aire + 100% Gas Licuado 90.5% aire + 9.5% Gas Licuado

Combustion & Fire Engineering

98.2% aire + 1.8% Gas Licuado 100% aire + 0% Gas Licuado

Freddy J. Rojas, M.Sc.

ZONA A ZONA EXPLOSIVA

ZONA B

Límite Superior de Inflamabilidad o de Explosividad

Límite Inferior de Inflamabilidad o de Explosividad (LIE)

143

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Límites de Inflamabilidad de gases combustibles en Aire 1 atm. 20 °C 100 90 80 70

%

60 50 40

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30 20 10 0

Metano

Propano

Butano

Hidrógeno

Acetileno

CO

GN

GLP

Gases de Alcohol

Gases de Gasolina

Combustibles LI

Freddy J. Rojas, M.Sc.

LS

Aire

144

100 90 80 70 60

%

Pontificia Universidad Católica del Perú

Límites de Inflamabilidad de gases combustibles en Oxígeno 1 atm. 20 °C

50 40 30

Combustion & Fire Engineering

20 10 0

Metano

Propano

Butano

Hidrógeno

Acetileno

CO

Combustibles LI

Freddy J. Rojas, M.Sc.

LS

O2

145

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Composición química de algunos gases combustibles COMPOSICIÓN QUÍMICA DE ALGUNOS GASES COMBUSTIBLE % en volumen Componente Gas de Gas Licuado Gas Ciudad Catalítico Corriente Natural Hidrógeno Metano Monóxido de carbono Etano Propano Butano Pentano y superiores Anhídrido carbónico Nitrógeno Oxígeno Olefinas Total

(H2) (CH4) (CO) (C2H6) (C3H8) (C4H10) (C5H12) (CO2) (N2) (O2)

40.2 17.4 12.1 0.6 0.5 0.4 3.4 18.6 5.9 0.9 0.0 100

0.0 0.0 0.0 2.4 96.1 1.5 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 100

0.0 0.0 0.0 0.4 27.2 59.7 6.0 0.0 0.0 0.0 6.7 100

0.0 91.7 0.0 4.0 0.9 0.4 0.2 1.9 0.9 0.0 0.0 100

Fuente: Indura Chile

Freddy J. Rojas, M.Sc.

146

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Punto de ebullición de varios Gases Sustancia Metano Propano Butano Hidrógeno Monóxido de carbono Agua

Punto de Ebullición (1 atm.) °F -258,74 -43,70 +31,10 -422,99 -312,75 +212,00

°C -161.52 -42,10 -0,50 -252,77 -191,53 +100,00

Fuente: Indura Perú S.A.

Freddy J. Rojas, M.Sc.

147

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Índice de Wobbe

W

PCS



Donde:  PCS = poder calorífico superior del gas, [kJ/Nm3], [kcal/Nm3]   = densidad relativa

Freddy J. Rojas, M.Sc.

148

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Familia de gases combustibles Familia y grupo de gas

Primera familia Grupo A

Índice de Wobbe superior A 15 °C y 1.01325 bar (kcal/m3) mínimo 5350 5350

máximo 5923 5923

Segunda Familia Grupo H Grupo E Grupo L

9338 10915 9768 9338

13064 13064 13064 10700

Tercera Familia Grupo B/P Grupo P Grupo B

17411 17411 17411 19537

20850 20850 18342 20850

Freddy J. Rojas, M.Sc.

149

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Poder calorífico, Densidad e Índice de Wobbe de GC, GN, GLP Tipo de Gas Gas de Ciudad Gas Natural Gas Licuado PCS, kcal/m3 4500,0 9300,0 23290,0 kJ/kg 21705,8 51504,3 44935,7 PCI, kcal/m3 4120,0 8400,0 22300,0 kJ/kg 19872,8 46519,9 43025,6 Densidad relativa 0,709 0,617 1,77 Densidad absoluta kg/m3 (1) 0,868 0,756 2,17 Índice de Wobbe kcal/m3 (2) 5344,3 11839,7 17505,8

(1) a 1.0 atm y 15 C (2) considerar el PCS

Freddy J. Rojas, M.Sc.

150

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Masa Molecular, Estado y Poderes caloríficos Inferior y Superior [kJ/kg] Sustancia

Fórmula

M

Acetileno Benceno

C2H2 C6H6

26.038 78,120

Butano

C4H10

58.124

Decano

C10H22

142,29

Dodecano

C12H26

170,34

Etano Etanol

C2H6 C2H5OH

30.070 46.068

Etileno Hidrógeno Metano Metanol

C2H4 H2 CH4 CH3OH

28,05 2.016 16.043 32.043

Propano

C3H8

44.097

Propileno Octano

C3H6 C8H18

42,08 114.230

Azufre Carbono Monóxido de carbono

Freddy J. Rojas, M.Sc.

S C CO

32,06 12,01 28,01

Estado (H2O liq.) gas gas liq gas liq gas liq gas liq gas gas liq gas gas gas gas liq gas liq gas gas liq sol sol gas

-49883 -42240 -41807 -49471 -49102 -47972 -47612 -47800 -47442 -51844 -30626 -29706 -50266 -141693 -55464 -23867 -22698 -50315 -49952 -48888 -48225 -47863 -9259 -32744 -10097

(H2O vap.) -48195 -40552 -40118 -45687 -45317 -44571 -44211 -44443 -44085 -47456 -27762 -26842 -47130 -119874 -49980 -21122 -19953 -46324 -45964 -45752 -44760 -44397

151