Transporte Por Baches.docx

El fenómeno de mezcla presentado cuando se transportan diferentes productos por la misma línea (tubería) a causa del contacto de uno y otros fluidos se conoce con la denominación de frente de contaminación o interface. Este frente de contaminación puede no representar ningún tipo de inconveniente en el transporte de diversos tipos de crudos, en donde cada batche o tender se ve levemente afectado por el tipo de crudo que lo antecede y precede, sin constituirse en una situación crítica para el proceso de transporte y valor comercial de los mismos. Sin embargo, la situación es completamente distinta en el transporte de productos ya refinados (gasolina de aviación, gasolina motor, queroseno, combustible diésel, entre otros), para los cuales las especificaciones de calidad son críticas en el valor comercial y técnico de los mismos. El primer factor que hay que considerar en el bombeo de hidrocarburos refinados utilizando la misma línea de transporte tiene que ver con la planeación previa del orden o secuencia de bombeo de los diferentes productos a través de la línea, con el objetivo de que el frente de contaminación se reduzca tanto como sea posible o en busca de que las consecuencias de contaminación de uno y otro productos no repercutan considerablemente en la alteración de sus especificaciones de calidad. El problema de planeación del transporte por poliductos se ha enfocado especialmente a líneas de transmisión, que poseen dimensiones considerables y un grado de complejidad mayor a la hora de coordinar sus operaciones. La principal dificultad radica en los enormes volúmenes contenidos dentro de la tubería, y la lentitud del transporte, con “leadtimes” o tiempos de entrega de hasta una semana. Dado que los poliductos permanecen llenos de combustibles en todo momento, el interior de una línea de transmisión está comúnmente ocupado por diversos “batches” que marchan en forma secuencial, uno detrás de otro. El proceso asociado al dimensionamiento de los lotes o “batches” de combustible a transportar por el poliducto es una operación clave para la distribución eficiente de los productos refinados. El transporte secuencial de “batches” de distintos combustibles hace que puedan atenderse los requerimientos diarios de productos en los grandes centros de demanda a través de una misma tubería, en lugar de utilizar un conducto diferente para cada especie.

Las exigencias cada vez mayores impuestas sobre la calidad de los combustibles, y la consecuente proliferación de especies transportadas, condujeron a una división más fina de los lotes, incrementando el número de transiciones y los volúmenes de combustibles degradados o contaminados. 1. OBJETIVO 2.1. 

OBJETIVO GENERAL

Comprender la modalidad de transporte por batches mediante la identificación y comparación de las características principales con respecto a las modalidades de transporte tradicionales.

Poliductos Son sistemas que sirven para transportar derivados del petróleo en estado líquido, estos se transportan uno después de otro. Los productos transportados por el poliducto sirven para el abastecimiento interno de un país y son muy importantes en el movimiento económico e industrial. Los poliductos van generalmente desde las refinerías hasta los centros de consumo. Los poliductos son redes de tuberías destinados al transporte de hidrocarburos o productos terminados, a diferencia de los oleoductos convencionales, que transportan sólo petróleo crudo, los poliductos transportan una gran variedad de combustibles procesados en las refinerías: keroseno, naftas, gas oil etc. El transporte se realiza en paquetes sucesivos denominados baches. Un poliducto puede contener cuatro o cinco productos diferentes en distintos puntos de su recorrido, que son entregados en las terminales de recepción o en estaciones intermedias ubicadas a lo largo de la ruta. Las terminales de despacho son plantas de almacenamiento, además de los grandes tanques de almacenaje, un elemento central de estas terminales es el Laboratorio de Control de Calidad. Gasoductos

Son sistemas que sirven para transportar los hidrocarburos en estado gaseoso, generalmente sus diámetros son grandes. Los gasoductos tienen carácter nacional e internacional. A nivel nacional el gas se usa para consumo doméstico, como fuente de energía en fábricas metalúrgicas, fábricas de cemento etc. Es decir, para la industria. En un gasoducto tenemos las estaciones de compresión formado por los grupos compresores como la parte fundamental de esta instalación. Son ductos de acero o polietileno, que sirven para transportar gases combustibles a gran escala, por las que circulan a alta presión. Los gasoductos son tubos inmensos empleados para transportar gas natural. Los gasoductos pueden transportar combustible desde los pozos de producción hasta las refinerías y luego a terminales de almacenamiento y distribución. Muchos gasoductos son subterráneos. Los construidos sobre el terreno se usan a menudo para transportar combustible hasta terminales marinas y desde ahí a otros lugares. Elementos que conforman un gasoducto:  La tubería misma.  Los caminos de acceso o mantenimiento.  Las estaciones de recepción, de despacho, y de control, y las estaciones de compresores o bombeo.  Debido a la fricción interna y los cambios de elevación a lo largo de la línea, se requieren estaciones de refuerzo a intervalos regulares (por ejemplo, aproximadamente cada 70 Km. en los gasoductos, o poliductos que son muy largos, se instalan las estaciones de compresión a intervalos apropiados a lo largo de las líneas de transmisión de gas para mantener la presión. El oleoducto o gasoducto puede transportar petróleo crudo o gas desde el cabezal del pozo hasta la planta de transferencia o procesamiento. El petróleo o gas refinado pueden ser transportados al usuario final, que puede ser una planta petroquímica o termoeléctrica. Oleoducto

Son sistemas que sirven para transportar petróleo desde los campos petroleros hasta las refinerías y centros de comercialización. Generalmente sus diámetros son grandes comparados con los de los poliductos. En ciertas ocasiones, los oleoductos transportan el petróleo de un país a otro. En un oleoducto se tienen se tienen las estaciones de bombeo formadas por los grupos de motobombas, como la parte fundamental de esta instalación. Se denomina oleoducto a la tubería e instalaciones conexas utilizadas para el transporte de petróleo, sus derivados, a grandes distancias. La excepción es el gas natural, el cual, a pesar de ser derivado del petróleo, se le denominan gasoductos a sus tuberías por estar en estado gaseoso a temperatura ambiente. El petróleo crudo contiene cantidades variables de cera o parafina la cual se puede acumular dentro de la tubería. Para limpiarla, pueden enviarse indicadores de inspección de oleoductos, también conocido como pigs por su nombre en inglés, mecánicos a lo largo de la tubería periódicamente, porque es posible su reutilización. BATCHES Un “batch” es un volumen de producto perfectamente identificable, que se transporta a través de la línea como un bloque compacto, en un movimiento turbulento que se aproxima al flujo pistón ideal. Análisis Preliminar La programación del transporte de derivados de petróleo por poliductos es un problema ciertamente complejo. Muchas de las empresas petroleras a cargo de la elaboración y comercialización de combustibles enfrentan severas dificultades para obtener al menos un programa de distribución factible, que satisfaga las necesidades de todos los clientes en el tiempo requerido. Al presente, no se ha reportado la utilización por parte de la industria de técnicas eficientes para la operación de poliductos, y gran parte de las herramientas de soporte para la programación de estas líneas son procedimientos muy elementales, basados en la experiencia previa del planificador (Crane y colab., 1999; Magatão y colab., 2004).

Figura 1. Diferentes Alternativas para la Programación Cíclica de Poliductos

La programación cíclica de envíos constituye la técnica más empleada, y consiste en dividir la demanda mensual de cada destino en tantas partes como ciclos de bombeo se deseen efectuar durante el mes (Sheppard, 1984). Cada ciclo implica la misma secuencia de productos y los mismos tamaños de los envíos o “batches”. Mientras más ciclos se dispongan, mayores serán los gastos en degradación de interfases, pero mejor distribuida será la entrega de productos en el tiempo, y por lo tanto, habrá menores niveles de inventario en tanques. En la Figura 1 se muestran tres diferentes programaciones cíclicas, con igual secuencia de productos (P2-P1-P3-P1) pero diferentes tiempos de ciclo (7, 14 y 28 días) y tamaños de los lotes transportados. Se observa un descenso importante del nivel de inventario de P2 al disminuir el tiempo de ciclo, contra un incremento notorio del número de envíos. Sin embargo, para diagramar los ciclos es fundamental disponer de la información sobre los requerimientos mensuales de cada destino hasta cinco días antes de iniciar el mes a programar, como es práctica en la empresa “Shell Pipeline” (EE.UU.). Pero la dinámica propia de los sistemas logísticos actuales exige una permanente adaptación del programa, y esto genera enormes costos para las compañías operadoras que podrían evitarse mediante el uso de herramientas más avanzadas. Las primeras técnicas para la resolución del programa de operaciones o “scheduling” de refinerías que utilizan oleoductos como medios de suministro de crudos se publicaron hace más de veinte años. El problema planteado era coordinar las actividades de abastecimiento y destilación de petróleo en refinerías para satisfacer la creciente demanda del mercado de combustibles. No obstante, las representaciones

detalladas del contenido de los ductos surgieron recién en la última década, a raíz de la necesidad de llevar adelante un seguimiento preciso de los lotes dentro de la línea.

Programa de Inyección de Lotes en el Poliducto El proceso de planeación del transporte por poliductos puede dividirse en dos grandes instancias: el programa de inyección y el programa de descarga. En tuberías con múltiples ingresos, debe determinarse primero la terminal donde se introduce cada lote, la secuencia de productos a impulsar en la línea, el tamaño de los envíos, y los tiempos de inicio y culminación de cada corrida de bombeo, constituyendo el programa de inyección o “input schedule” del sistema. El diagrama de la Figura 2 representa un programa de inyección de un poliducto simple de 20” de diámetro, con dos terminales de acceso desde donde parten los envíos. A la izquierda del gráfico pueden observarse los intervalos de bombeo de los lotes.

Figura 2. Programa de Inyección de Lotes en el Poliducto

Normalmente, los poliductos transportan derivados de petróleo en estado líquido, a presiones que no superan las 100 atm en la salida de las estaciones de bombeo. Por lo tanto, puede asumirse como válida la hipótesis de incompresibilidad de los líquidos. Como la línea permanece completamente llena en todo momento, cada unidad que ingresa en una de las terminales de origen produce la transferencia simultánea de otro volumen equivalente en uno o más centros de recepción del ducto.

En esta segunda instancia del proceso de planeación, debe ponerse especial cuidado en la localización de cada lote dentro de la tubería. Para poder transferir material desde el poliducto a una terminal de recepción, el envío debe estar correctamente posicionado en la coordenada de acceso al depósito, y todos los tramos que comunican los nodos de origen y destino tendrán que ser activados. Asimismo, para cada corrida de inyección deben determinarse los volúmenes parciales o “cortes” de cada lote en tránsito impulsados hacia las distintas terminales durante su transcurso, para satisfacer a término las demandas del mercado. En una última fase de programación detallada, se establece el tiempo exacto en que se producen las transferencias de lotes hacia los depósitos, procurando minimizar el número de detenciones y arranques de cada tramo del poliducto, sin desabastecer a los tanques de las terminales de recepción.

Figura 3. Programa de Descarga de Lotes desde el Poliducto

El diagrama de la Figura 3 muestra la evolución de los lotes dentro de la tubería a medida que se ejecutan nuevas corridas de bombeo, conforme al programa de descargas establecido por el operador. En este caso, no se muestran las inyecciones en las terminales de ingreso, para mayor claridad. Durante la primera ejecución, se transfieren 5000 m3 de P1 hacia la terminal D1. Es importante notar que si el poliducto opera en un único sentido, el nodo D1 no puede retirar más que ese volumen de P1, pues la primera mitad del lote ya ha superado la ubicación de dicho destino.

Clasificación de los Sistemas de Transporte por Poliductos Clasificación Funcional de Poliductos Los sistemas de transporte de combustibles por poliductos se pueden dividir en tres tipos, según su función: (i) de concentración, (ii) de transmisión y (iii) de distribución. Los poliductos de concentración (“gathering lines”) colectan los productos refinados que se producen en distintas destilerías, y los conducen hacia estaciones terminales comunes donde se almacenan temporalmente. Desde allí se conforman grandes lotes de combustible que se transportan a través de una tubería troncal de alta presión, comúnmente denominada poliducto de transmisión (“transmission line”), que posee un diámetro mayor (de 12” a 20”) y abastece uno o más destinos a lo largo del trayecto. El programa de transporte de los poliductos troncales busca minimizar el volumen de producto-mezcla generado en las interfases entre lotes sucesivos, haciendo estos lotes tan grandes como sea posible, sin desabastecer a los destinos del resto de los combustibles. Los productos provenientes de distintas destilerías, que aun así comparten las mismas especificaciones, pueden unificarse y enviarse en forma conjunta como un único “batch” hacia múltiples destinos. Este modo de operación se denomina “fungible” o consolidado. Algunos poliductos de transmisión suelen poseer configuraciones simples, conectando una única fuente con un solo destino, mientras otros son mucho más complejos, con diversas fuentes, destinos y conexiones “laterales” hacia otros poliductos. Por último, las líneas de distribución (“distribution lines”) operan a presiones más bajas, en tramos relativamente cortos, con diámetros menores (hasta 10”) y diversas ramificaciones. El objetivo es abastecer de combustibles a los grandes centros de consumo desde las terminales de distribución de los poliductos troncales. En general, transportan lotes más pequeños, cada uno de los cuales se asigna a un único destino, operando en modo “batch” o segregado. En otras palabras, los grandes lotes enviados a través de poliductos troncales se dividen en “batches” más pequeños, que se distribuyen directamente entre grandes clientes o centros de consumo local (por ejemplo, aeropuertos). Sin embargo, el despacho final de combustibles desde los centros de

distribución hacia clientes menores y estaciones de servicio se realiza mayormente por medio de camiones cisterna. Clasificación Topológica de Poliductos Paralelamente, desde el punto de vista topológico, los sistemas de transporte por poliductos pueden clasificarse según el número de nodos de ingreso/egreso y tuberías interconectadas, del modo que sigue: a. Poliductos simples, con un único origen y una única terminal de recepción (1-1). Representan los sistemas más sencillos. Normalmente, son tuberías de transmisión que comunican una refinería o puerto con un centro de almacenamiento distante o una planta de refino, respectivamente.

Figura 3. Recepción (1-1)

b. Poliductos simples, con un único origen y múltiples terminales de recepción (1-N). Son sistemas de transmisión un poco más complejos, que vinculan una refinería importante con diversas terminales de distribución próximas a los grandes mercados de consumo.

Figura 4. Recepción (1-N)

c. Poliductos simples, con múltiples estaciones de ingreso y diversas terminales de recepción (M-N). Típicamente, estos sistemas troncales se denominan transportadores comunes o “common-carriers”, y trasladan combustibles de varias compañías desde los centros de producción hasta las regiones de consumo de un mismo país.

Figura 5. Recepción (N-M)

d. Redes de poliductos simples interconectados en serie, con nodos de ingreso, terminales de recepción, y estaciones intermedias con doble propósito (Estructura Serial – ES). Estas configuraciones constituyen la base para la representación de problemas de transporte por poliductos múltiples, que operan en forma coordinada.

Figura 6. Recepción (Serial – ES)

Factores que influyen sobre la longitud de la interfase A. Velocidad Se ha comprobado que en condiciones de flujo laminar, en las cuales la distribución de la velocidad a través de la tubería no es uniforme, la longitud de interfase formada es

considerable, a causa de la diferencia entre las velocidades de flujo en cercanías de la pared de la tubería y el centro de la misma, favoreciéndose los efectos difusivos entre los productos en contacto. En condiciones de flujo turbulento, el efecto de la velocidad tiende a disminuir su influencia sobre la longitud del frente de contaminación. No obstante, resultados experimentales en sistemas reales de transporte muestran que la longitud de la interfase puede tener bastante dependencia del número de Reynolds en determinadas condiciones de operación. B. Diferencia de densidad Una diferencia en las densidades de los dos fluidos en contacto puede generar un gradiente apreciable entre las fuerzas de inercia de los productos, las cuales tienden a incrementar el volumen del frente de contaminación. El producto más pesado tiende a desplazarse dentro del producto más liviano, aunque el tamaño del frente de contaminación disminuye paulatinamente a la par con el flujo de los productos a lo largo de la línea. El fenómeno se hace más apreciable cuando por alguna razón se detiene el bombeo de los ténderes, sin que éstos hayan alcanzado su sitio de recepción final. C. Detención o anomalías en el proceso de bombeo La experiencia muestra que la cantidad de frente de contaminación crece irremediablemente como resultado de detenciones en el proceso de bombeo o anomalías en la velocidad del mismo. Estas fallas o anomalías se hacen más evidentes en el poliducto cuando hay marcadas diferencias de densidad entre productos contiguos, puesto que tales detenciones pueden generar el favorecimiento de fenómenos difusivos e inerciales entre las fases en contacto; además, existen situaciones en las cuales, por la topografía del terreno y su influencia directa sobre el trazado de la línea, se presenta el caso de que bajo una eventual detención del bombeo, la topografía favorezca la migración del fluido más pesado hacia el sitio del fluido más fenómeno que incrementa desfavorablemente el volumen de frente de contaminación. Es recomendable, por tanto, mantener tasas o velocidades de bombeo lo más regulares posibles, con el fin de desfavorecer el incremento en el frente de contaminación. D. Paso a través de instalaciones

El paso de los fluidos a través de equipos o estaciones de bombeo incrementa frecuentemente el volumen de la interfase. Esto a causa del proceso abrupto de cambios de velocidad a que son sometidos los fluidos en dichos puntos del proceso de transporte, favoreciendo en ocasiones el contacto íntimo entre las fases y de la sucesión simultánea de fenómenos de transporte ya mencionados (difusión, mezcla, fuerzas de inercia, etc.). E. Otros factores Existen además otros factores que, aunque en menor grado, influyen indirectamente sobre el volumen final del frente de contaminación en el transporte de hidrocarburos líquidos por tuberías; se pueden mencionar factores de índole topográfica del terreno, es decir, los cambios de pendiente que pueda sufrir la línea de transporte durante su viaje desde la refinería hasta el sitio final de recepción, el número de estaciones de bombeo que deba atravesar el poliducto y la cantidad de aditamentos (válvulas, codos, reductores, cambios de diámetro en la línea). Es importante hacer ver que todos estos factores pueden incidir tan marcadamente en el sistema de transporte, que sin lugar a dudas permitirán evaluar la rentabilidad del sistema. Combustibles líquidos que transporta un poliducto Combustible es cualquier material capaz de liberar energía cuando se oxida de forma violenta con desprendimiento de calor poco a poco. Supone la liberación de una energía de su forma potencial (energía química) a una forma utilizable sea directamente (energía térmica) o energía mecánica (motores térmicos) dejando como residuo calor (energía térmica), dióxido de carbono y algún otro compuesto químico.

Tipos de combustibles Entre os combustibles sólidos se incluyen el carbón, la madera y la turba. Gasolina especial Es la mezcla de hidrocarburos líquidos más ligeros que se usa como combustible en motores de combustión interna, ejemplo en los motores de los automóviles, la característica de la gasolina la constituye la resistencia de la detonación.

Diésel Combustible derivado de la destilación atmosférica del petróleo crudo. Se obtiene de una mezcla compleja de hidrocarburos parafínicos, olefínicos, naftenicos y aromáticos, mediante el procesamiento del petróleo. Es un líquido insoluble en agua, su olor es parecido al petróleo. Se consume en máquinas de combustión interna de alto aprovechamiento de energía, con elevado rendimiento y eficiencia mecánica. Kerosene Es la destilación del petróleo crudo, el contenido de azufre y características de ignición varían según las propiedades del crudo del que provienen. Su peso específico está dentro de un rango de 0.80 a 0.83 y su punto de ignición esta de 68°C a 80°C. Los amplios usos que puede tener el kerosene requieren que el producto posea las características indicadas, ya sea para quemarse y producir energía mecánica o calor. Propiedades físicas de los combustibles líquidos