DISEÑO DE UN SISTEMA TERMODINÁMICO CON UNA ETAPA DE REFRIGERACION DE METANO PURO CON UNA MEZCLA DE PROPANO, ETANO Y NITROGENO EN TRES PORCIONES DISTINTAS

REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAUNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA “ANTONIO JOSÉ DE SUCRE”[pic 1]

VICE-RECTORADO “LUIS CABALLERO MEJÍAS”

DIRECCIÓN DE INVESTIGACIÓN Y PRE GRADO

DISEÑO DE UN SISTEMA TERMODINÁMICO CON UNA ETAPA DE REFRIGERACION DE METANO PURO CON UNA MEZCLA DE PROPANO, ETANO Y NITROGENO EN TRES PORCIONES DISTINTAS

REALIZADO POR:

Cortez Yileynne Exp: 2009200003

Martinez Jose Exp:

                                                          Caracas, marzo de 2017

TABLA DE CONTENIDOS

1.  El Problema

2.  Justificación

3.  Objetivos de la investigación

4.  Marco Metodológico

5.  Marco Teórico

6.  Desarrollo de la Investigación

7.  Análisis de resultados

8.  Conclusiones

9.  Referencias bibliográficas

1.  EL PROBLEMA

Planteamiento del Problema

Desde el comienzo de la revolución industrial el hombre se ha dedicado en buscar las formas de mejorar la productividad y hacer más eficiente los procesos de producción , esto se traduce en desarrollar mejores alternativas de energía para mantener dichos procesos, que de alguna manera harían colapsar el sistema económico si estos se detuviesen.

Es bien sabido que el 95% de energía consumida a nivel mundial es energía obtenida a través de recursos no renovables como los son comúnmente la gasolina, el diésel, GLP, (GAS DE HOGAR), entre otros. Se habla entonces del aprovechamiento máximo de estos recursos no renovables de manera energética y económica.

El Gas Natural es una mezcla de hidrocarburos livianos, donde el principal componente es el metano (CH4) en un porcentaje del orden del 80% o más. El resto está constituido por etano, propano, butano y otros hidrocarburos tales como pentanos, hexanos y heptanos.  En este sentido vale mencionar que antes de la extracción del metano, el mismo se encuentra bajo presiones extremadamente altas, condición que le permite a este gas permanecer en estado líquido.

De esta manera, para la extracción del Gas Natural desde su yacimiento, ubicado bajo tierra se deben poseer materiales y equipos altamente sofisticados para permitir su extracción.  Para transportar este producto a zonas cercanas del sitio de extracción, se lleva a cabo por medio de gasoductos o vehículos debidamente acondicionados. Sin embargo para trasladar este producto a zonas internacionales se transforma en un traslado sumamente costoso, que tiende a ser evidentemente un inconveniente para  quienes trasladan y venden dicho gas, ya

que no  sería rentable. Es por esta razón que sería conveniente trasladar el gas metano en estado líquido, esto ya que la razón de gas a líquido sería de 600 a 1, es decir que 600 m3 de gas metano seria 1 m3.

La pregunta correspondiente sería ¿Cómo obtener metano en estado líquido? La respuesta evidente según lo planteado anteriormente sería reproducir un ambiente con una atmósfera de presiones extremadamente altas y obtener el metano en estado líquido; pero el problema con la reproducción de este ambiente seria conseguir los materiales adecuados que resistan estas presiones, sin embargo se puede suponer un estudio y diseño que permita conseguir  estos materiales y los recipientes apropiados, pero aun así seguiría siendo un proceso poco rentable.

Por otra parte el gas natural licuado (GNL) es gas natural que ha sido enfriado hasta el punto que se condensa a líquido, lo cual ocurre a una temperatura de aproximadamente -161 ºC y a presión atmosférica. Entonces es mucho más conveniente tratar con la temperatura para para llegar a condensar el metano.

Según El Ministerio del Poder Popular Para la Energía y Petróleo y PDVSA “Las mayores reservas de gas en Venezuela se encuentran en la zona norte y noroeste del país, en las costas de la plataforma continental caribeña y atlántica, ocupando  una  extensión  de  más  de  500.000  kilómetros  cuadrados.  En  el occidente  del  país  se  cuenta  con  recursos  gasíferos  por  35  billones  de  pies cúbicos y en la zona oriental asciende a 65 billones de pies cúbicos.” Se hace evidente entonces la gran reserva gasífera que posee Venezuela, que en muchas refinerías  es  quemado  y  desperdiciado  a  través  de  los  mechurrios;  cuando muchas naciones no poseen estos recursos y las que lo poseen, sus recursos tienden a ser muy limitados.

Surge entonces la siguiente interrogante ¿Puede  el diseño de un sistema criogénico en cascada, utilizando como refrigerantes el propano, etano y el nitrógeno licuar el gas metano y permitir así un mejor manejo de su creciente industria de explotación gasífera en Venezuela?

2.  JUSTIFICACIÓN

Esta investigación permitirá expandir el conocimiento científico y tecnológico que permita realizar el proceso de licuefacción del metano en el marco del desarrollo de la industria gasífera nacional, la cual se perfila como la principal fuente de ingreso del país. Al desarrollar el presente proyecto se lograra disminuir en cierta medida, la dependencia tecnológica de otros países.

De  esta  manera  la  industria  petrolera  y  gasífera  venezolana  se  verá beneficiada con el presente proyecto, ya que permitirá implementar tecnologías autónomas, obteniendo así una recompensa económica sustancial. Así como también la población venezolana se verá beneficiada en cualquier área social.

Por otra parte a nivel mundial se ha incrementado la demanda de gas natural, y Venezuela posee una gran reserva de este importante hidrocarburo. Con esta implementación tecnológica Venezuela se convertirá en uno de los mayores productores y proveedores de gas metano a nivel mundial.

Objetivo General

3.  OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN

• Diseñar un sistema criogénico de una etapa para la licuefacción del gas metano mediante la utilización de propano, etano y nitrógeno como refrigerantes.

Objetivos Específicos

• Implementar software PRO II para la validación de los cálculos realizados

• Establecer los elementos componentes del proceso de refrigeración criogénica en un sistema compresión - expansión

• Validar las condiciones térmicas de operación del sistema de refrigeración por medio de la utilización de paquetes computacionales.

• Seleccionar, de las distintas alternativas, un sistema criogénico, tomando como base las condiciones térmicas de funcionamiento del sistema, el número de componentes y sus capacidades

• Determinar las propiedades termodinámicas del propano, etano y nitrógeno como refrigerantes en operación

4.  MARCO METODOLÓGICO

Hipótesis

Llevando a cabo la realización de un sistema criogénico utilizando como refrigerante una mezcla de Propano (C3H8), Etano (C2H6) y Nitrógeno (N2), se hace posible el proceso de licuado de gas Metano (CH2) a condiciones atmosféricas.

Alcance de la investigación

En la presente investigación se requiere diseñar un sistema criogénico de una etapa utilizando como refrigerantes propano, etano y nitrógeno para la licuefacción de gas metano. Este sistema forma parte de un proceso completo de una planta, la cual está constituida por  otros conjuntos  como lo son los de endulzamiento y deshidratación del gas previos a la licuefacción y los de almacenamiento y despacho posteriores al proceso de refrigeración, entre otros.

Limitación de la investigación

Las  limitaciones  existentes  están  sujetas  a  factores  no  controlados por  el investigador, entre los cuales se pueden mencionar el logro del ingreso a las instalaciones venezolanas donde se desarrollan los procesos de refrigeración en la actualidad, el acceso a información técnica relacionada con la materia pues la misma constituye material confidencial y licencias de empresas transnacionales, el acceso a equipos de laboratorio para validación de simuladores y el uso de software especializados para simulación de procesos necesarios para la validación ya que éstos son de un elevado costo y difícil obtención.

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