martes, 1 de mayo de 2007

Ingeneria Conceptual

MONITOREO Y CONTROL AUTOMATICO DE PRESION Y TEMPERATURA PARA EL PROSSESO DE TRANSPORTE DE GAS NATURAL


EL PROBLEMA


Desde mediados de la década de los 90 el uso del gas natural como recurso energético tanto industrial como domiciliario ha sido desmesurado. El transporte y distribución de este combustible es posible gracias a la operación de gasoductos.

La transformación del sector del transporte de petróleo y gas tiene amplias consecuencias para los operadores de gasoductos. Para adaptarse a los cambios, deben lograr una mayor eficacia operativa, mejorar el rendimiento medioambiental y solventar las deficiencias de seguridad de los sistemas de transporte de gas. Cada vez más, necesitan soluciones completas que combinen una alta productividad con una seguridad y una protección fiables.

El control automático es de vital importancia en el mundo de la ingeniería. Además de resultar imprescindible en sistemas robóticos o procesos de manufactura moderna, entre otras aplicaciones, se ha vuelto esencial en operaciones industriales como el control de presión, temperatura, humedad, viscosidad, y flujo en las industrias de transformación y transporte; sobre todo en sistemas potencialmente peligrosos.


Las operaciones con hidrocarburos gaseosos a través de estos gasoductos no escapa a este monitoreo y regulación. Sino que por el contrario, se hace estrictamente necesario el control exhaustivo de diversas variables de proceso, sobre todo de la presión y de la temperatura.


Un déficit de temperatura puede ocasionar la compresión excesiva del gas y como consecuencia perdida en su capacidad motora; asi como un exceso de ella conlleva a un aumento desmesurado de la presión que pone en peligro la estabilidad de la tubería asi como la integridad de uniones, codos, válvulas, etc.

Por otra parte una presión muy baja trae como consecuencia un retardo en la transmision del gas entre dos puntos muy distantes del gaseoducto. Todo esto evidencia la importancia de establecer rangos de operacionalidad de las variables mencionadas (presión y temperatura).


De esta manera se presenta la necesidad de crear un sistema en donde el proceso de medición y control de las variables antes mencionadas sea el mas factible, seguro y eficiente, por lo que se propone un esquema de monitoreo y control automático de presión y temperatura en procesos de transporte de gases .



El PROCESO



Sistema de Recolección

El sistema de recolección constituye el primer eslabón de la cadena de transporte del gas natural. Los sistemas de recolección transportan el gas desde la cabeza el pozo hasta las instalaciones locales de procesamiento.


Proceso de separación

Mediante este proceso se obtiene:

Gas natural seco (metano y etano) que se transporta por gasoductos a los centros de consumo.

Líquidos de gas natural (propano, butano, pentano y mas pesados) que se transporta por poliductos hasta una planta de fraccionamiento.

Otros componentes: Agua, azufre y otras impurezas que no tiene valor comercial.


Proceso de fraccionamiento

Es un proceso que consiste en separar los líquidos del gas natural (LGN) en gas licuado de petróleo (GLP) y gasolina natural.



Sistema de Transporte

El sistema de transporte es el segundo eslabón en la cadena de movilización del gas natural, este proceso puede es realizado general mente de dos maneras.

Una es por medio de oleoductos, que generalmente son de acero y miden entre 20 y 42 pulgadas de diámetro. Debido a
que el gas natural se mueve a altas presiones, existen estaciones de compresión a lo largo de los gasoductos para mantener el nivel necesario de presión, esto ocurre en distancias que comprenden áreas regionales y/o nacionales, ya que, para la exportación del gas por ejemplo, debido a que son distancias extremadamente grandes se realiza un proceso diferente donde el gas es licuado y trasladado haciendo uso de buques de carga. En este caso, es transformado en gas natural licuado (GNL). El proceso de licuado permite retirar el oxígeno, el dióxido de carbono, los componentes de azufre y el agua. Los elementos principales de este proceso son una planta de licuado, barcos de transporte de baja temperatura y presurizados y terminales de regasificación.

Por su parte el gas que es trasladado a través de los gasoductos, viaja a una temperatura y una presión determinada, la cual varía según sea el área por el cual transite. Por lo general la presión a la que circula en gas por el gasoducto es normalmente de 72 bar para los de las redes básicas de transporte y 16 bar en las redes de distribución.


Almacenamiento

Antes de llegar al consumidor, el gas natural puede ser almacenado en depósitos subterráneos para que la industria del gas pueda afrontar las variaciones estaciónales de la demanda.

El gas natural puede ser almacenado reservorios en el subsuelo que generalmente son cavernas de sal y también como gas natural licuado- GNL (en buques metaneros y tanques de gran capacidad). Como otra forma de almacenaje puede considerarse a los cilindros de GNC donde se almacena gas natural a alta presión para uso automotor.

Estos depósitos están generalmente situados cerca de los mercados consumidores de tal forma que las empresas de distribución de gas natural pueden responder a los picos de la demanda y proporcionar el gas a sus clientes continuamente y sin demora. Durante los períodos de poca actividad, las empresas de distribución pueden vender el gas natural en el mercado físico (spot).

Sistema de Distribución

El último eslabón de la cadena del gas natural es el sistema de distribución. La compañía distribuidora local, recibe el gas de la empresa transportadora, reduce la presión del gas, lo odoriza y luego lo distribuye a los clientes.

SOLUCIONES DE TERCEROS


Existen una diversidad de formas disponibles de medir la temperatura y la presión en gasoductos algunas de la cuales son de gran simplicidad pero que requieren la constante intervención del hombre para ser completada la medición.

Por otra parte con el avance de la tecnología, han sido desarrollados con el pasar del tiempo sistemas de medición de las variables antes mencionadas con una capacidad de manipulación mayor sobre los datos obtenidos, por medio del establecimiento de un control sobre válvulas y swiches que permiten obtener los valores deseados de presión y temperatura.

De los modelos más antiguos de estos sistemas es un fiel ejemplo el sensor de presión con un indicador analógico, en donde el sensor encargado de tomar las muestras de la variable se encuentra en el interior de la tubería de transporte del gas y en la parte exterior se encuentra como una especie de indicador en forma de reloj, de igual manera se cuenta con un sensor de temperatura en el interior de las tuberías transportadoras y en su exterior posee un indicador de las mediciones realizadas.

De manera más actual se cuenta también sistemas de mediciones donde se realizan transmisiones inalámbricas de las mediciones hacia un centro de control donde es recibida y revisada por operadores (personas encargadas) y que en consecuencia toman las acciones pertinentes de control, es un método con cierto grado de efectividad pero que aun asi requiere la intervención del hombre de manera obligatoria.




SOLUCION PROPUESTA



En lineas generales, un controlador automático es un dispositivo basado en hardware y software, que funciona mediante el monitoreo de una señal de error, que es la diferencia entre los valores establecidos (el valor de temperatura, presion etc. que se requiere que el controlador mantenga) y los valores reales o medidos que el parámetro a controlar tiene. La combinación del sistema a controlar y el controlador empleado tienen generalmente una disposición de lazo cerrado.
En el punto de ajuste se establece el valor deseado del parámetro y se realiza la diferencia del valor real con el valor deseado, y este valor de error E es pasado al controlador, el cual responde de acuerdo a su implementación, (el nuestro es PID) el controlador pasa su respuesta al elemento de control, que puede ser una válvula, una resistencia eléctrica, una fuente de poder, encargado de actuar para cambiar los valores del parámetro controlado, entonces, el sensor mide el valor del parámetro y dicho valor es enviado al punto “E” donde se realiza la diferencia o señal de error. El hecho de que la salida del controlador (considerando como controlador, el controlador mismo, el elemento de control y el parámetro) esté conectada con su misma entrada le confiere la naturaleza de sistema cerrado o retroalimentado.

Para poder controlar la temperatura en un sistema se puede realizar mediante el algoritmo siguiente:
· Leer la temperatura del material (T muestra ) usando un sensor de temperatura.
· Se compara la temperatura de la muestra con la temperatura de ajuste (T ajuste ).
· Basada en esta comparación, se decide que valor de voltaje se necesita enviar al calentador/enfriador para que la temperatura de la muestra se acerque a la temperatura de ajuste. Este trabajo es hecho por un controlador PID
· Segun la señal de salida del PID, el elmento final de control enfria o calienta la muestra.
Este proceso se ejecuta continuamente hasta obtener la temperatura deseada
De forma analoga procedemos con la presion. Un sensor de presion esta este en contacto con el gas es el encargado de enviar una señal al controlador para que este la procese.
El valor de la presion esta por debajo del deseado, el controlador activa unos compresores con los cuales hace aumentar la presion. Si el valor de presion esta por encima del requerido se descomprime el gas.

Los sensores de temperatura pueden ser colocados uno al principio del gasoducto y otro al final; mientras que colocolar un sesor de presion al principio es suficiente. Recordemos que la presion de un gas dentro de un tubo es igual en todos los puntos de este, cosa que no ocurre con la temperatura.

El elemento final del control de la presion (compresores) es colocado al principio del gasoducto para imprimirle fuerza al gas que va a ser enviado. Mientras que el elemento final de control para la temperatura consta de un conjunto de resistencias electricas en paralelo dispuestas dentro del ducto separadas a una distancia prudente una de la otra.


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