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ACTA DE EVALUACIÓN
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DEDICATORIA
A la vida, por todo lo que me ha enseñado, y a mi abuela Baudilia, a quien nunca olvido.
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AGRADECIMIENTOS A mi madre por toda la paciencia y el apoyo que me ha brindado a través de todos estos años. A mi padre quien, a pesar de la caja de sorpresas que he sido, sigue al pie del cañón. A mi tía Ninoska por haber servido de punto de apoyo en mis momentos de mayor vulnerabilidad, y a mi prima Angélica, a quien le debo infinitos momentos de hermandad. A mis amigos hechos previo a la universidad, Milena, Jessica, Melissa y Bárbara, quienes nunca han dejado de estar allí para mí, a pesar de todas las etapas insoportables por las cuales he pasado; a aquellos amigos que hice en la universidad, de entre los cuales resalto a Albany y Gretta, por ver en mí el profesional que hoy en día estoy por ser; a mis amigos derivados de la enseñanza del inglés: Ma. Laura, Edgardo, Ana, Pablo, Fátima, Jean Carlos, Zulay, David, Leticia, Yoselin y Eliaquin; por siempre proveerme de tanta alegría y confianza en mí mismo, además de fácilmente sacar en mí aquello que me hace único y especial; por último, al Sr Fernando, Leidy y Herly, por todo el apoyo, conocimiento y guiatura a lo largo de este camino desconocido que es la vida. En cuanto a influencias ingenieriles, le agradezco a la USB y a todos aquellos quienes tuve el placer de tener como profesores; la buena enseñanza es cuestión de vocación, y considero que aún hay bastante de eso en la USB, a pesar de las adversidades. Haré especial mención a la profesora Janneth García, quien después de haberme visto abrumado ante una barrera en repetidas ocasiones, sirvió de inspiración para seguir adelante con mis metas personales; al profesor Simón López, quien me enseñó muchas de mis mejores éticas profesionales; a la profesora Coral Delgado, quien con su amplia sabiduría ayudó a expandir mis horizontes. Por último, a la familia Inelectra, de quienes aprendí muchísimo más de lo que esperaba, a los INEchéveres, quienes tuvieron que soportar mis loqueras por esos meses de pasantías, y en especial a mi tutora industrial Marinés Martínez, quien siempre encontraba el tiempo para extenderme una mano amiga y me contagió de su pasión por la ingeniería a pesar de la plétora de responsabilidades que siempre tiene encima. Por último, pero igual de relevante, a mi novio Anibal Perales. Si bien todos aquellos antes mencionados me han ayudado a ser quien soy hoy en día, él es quien coloca la sonrisa más grande sobre mi rostro.
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ÍNDICE ÍNDICE ……………………………………………………………………………………... iv ÍNDICE DE TABLAS……………………………………………………………………… vii ÍNDICE DE FIGURAS………………………………………………………………….... viii LISTA DE ABREVIATURAS…………………………………………………………..….. ix LISTA DE SÍMBOLOS…………………………………………………………………….... x RESUMEN……………………………………………………………………………..…... xix INTRODUCCIÓN…………………………………………………………………………… 1 CAPÍTULO 1 DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA…………………………………………. 3 CAPÍTULO 2 MARCO TEÓRICO………………………………………………………….. 5 2.1 Compuestos orgánicos volátiles………………………………………………………. 5 2.2 Efectos de los COV sobre la salud y su clasificación en base a sus efectos ………….. 5 2.3 Decreto 683: “ Normas sobre calidad del aire y control de la contaminación atmosférica”………………………….…………………………………………………… 6 2.4 Emisiones provenientes de tanques de almacenamiento, brazos de carga e islas de llenado…………………………………………………………………………………….. 7 2.4.1 Pérdidas por reposo o respiración…………………………………………………… 8 2.4.2 Pérdidas por llenado o vaciado……………………………………………………… 8 2.4.3 Pérdidas intermitentes…………..…………………………………………………… 8 2.5 Unidades de recuperación de vapor …………………………………………………… 9 2.5.1 Adsorción por carbón activado….……………………………………………...….. 10 2.5.2 Separación por membranas……..………………………………………………...…12 2.5.3 Propulsión por bombas Jet….……………………………………………………… 15 CAPÍTULO 3 METODOLOGÍA…………………………………………………………… 17
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3.1 Búsqueda y selección de la información…………………………………………….. 17 3.2 Elaboración del manual…………………………………………………………… 18 3.3 Elaboración de la hoja de cálculo……………………………………………………. 19 CAPÍTULO 4 RESULTADOS Y DISCUSIÓN……………………………………………. 20 4.1 Secciones del manual………………………………………………………………… 20 4.1.1 Introducción……………………………………...………………………………… 20 4.1.2 Objetivos…………………………………………………………………………… 20 4.1.3 Uso de los criterios y las normativas………………………………….…………… 20 4.1.4 Inedones relacionados……………………………………………………………… 20 4.1.5 Acrónimos y siglas………………………………………………………………… 21 4.1.6 Excepciones………………………………………………………………………... 21 4.1.7 Memoria de cálculo………………………………………………………………... 21 4.1.8 Lecciones aprendidas………………………………………………………………. 21 4.1.9 Definiciones………………………………………………………………………... 21 4.1.10 Diseño de unidades de recuperación de vapo r……………………..……………... 21 4.1.10.1 Diseño de unidad de recuperación de vapor para tanques de almacenamiento de techo fijo………………………………...………………………………………..…... 22 4.1.10.1.1 Estimación de pérdidas en tanques de almacenamiento de techo fijo……...… 22 4.1.10.1.2 Ecuaciones de diseño para un adsorbedor con empaque de carbón activado... 36 4.1.10.1.3 Ecuaciones de diseño para una unidad de recuperación de vapor por membranas……………………………………………………………………………….. 53 4.1.10.1.4 Ecuaciones de diseño para una unidad de recuperación de vapor empleando una bomba Jet…………………………………….……………………………………… 66 4.1.10.2 Diseño de una unidad de recuperación de vapor para brazos de carga………… 84
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4.1.10.2.1 Estimación de pérdidas asociadas a los brazos de carga durante el llenado o vaciado de camiones de transporte………………………………………….……….… 84 4.1.10.2.2 Tecnologías para la recuperación de vapor en brazos de carga durante el llenado o vaciado de camiones de transporte …………………………………………… 87 4.1. 10.3 Diseño de una unidad de recuperación de vapor para islas de llenado……… 89 4.1.10.3.1 Estimación de pérdidas en islas de llenado durante el llenado de tanques de vehículos de transporte.………………………………………………………..………… 90 4.1.10.3.2 Tecnologías para la recuperación de vapor en islas de llenado………….…… 91 4.1.10.4 Hoja de cálculo………………………………………………………………… 95 4.1.11 Referencias……..………………………………………………………………… 96 4.1.12 Anexos…………….……………………………………………………………… 96 CONCLUSIONES Y RECOME NDACIONES…………………………………………….. 97 REFERENCIAS…………………………………………………………………………….. 99 APÉNDICE A: GUÍA PARA EL DISEÑO DE UNA UNIDAD DE RECUPERACIÓN DE VAPOR…………………………………………………………………………...…… 101 APÉNDICE B: HOJAS DE CÁLCULO DE LA GUÍA PARA EL DIMENSIONAMIENTO DE UNA UNIDAD DE RECUPERACIÓN DE VAPOR …………………………….…... 246
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ÍNDICE DE TABLAS Tabla 2.1 Límite de emisiones de COV en base a la actividad de origen ………………… 7 Tabla 4.1 Rango de los parámetros para la aplicación de la correlación VazquezBeggs……………………………………………………………………….……………….. 34 Tabla 4.2 Rango de los parámetros para la aplicación de la correlación Rollins, McCain, Creeger……………………………………………………………………………………… 35 Tabla 4.3 Valores característicos de adsorbedores comerciales …………………………. 37 Tabla 4.4 Posibles valores para el factor de saturación S VOC…………………………......85 Tabla A.1 Condiciones base ambientales………………………………………………. 127 Tabla A.5 Condiciones típicas de operación de una bomba Jet ……...………..………..186
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ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1.1 Unidades que conforman la estructura organizacional de Inelectra y los departamentos que constituyen la Unidad de Operaciones………………………………...… 4 Figura 2.1 Unidad de recuperación de vapor tipo en un sistema de tanques con gas de manto………………………………………………………………………………………..... 9 Figura 2.2 Diagrama de un adsorbedor típico……………………………….…………... 11 Figura 2.3 Diagrama de una URV típica empleando un separador a base de membranas………………………………………………………………………………….. 14 Figura 2.4 Representación esquemática de una bomba Jet…………………………….... 15 Figura 4.1 Ilustración de las diferentes zonas fácilmente identificables durante el proceso de adsorción ……………………………………………………………………...………..... 41 Figura 4.2 Ilustración de un gradiente de concentración en una membrana polimérica densa………………………………………………………………………………………… 56 Figura 4.3 Diferentes arreglos de flujo para membranas de fibra hueca: (a) contracorriente, (b) paralelo y contracorriente, (c) radial cruzado …………………………………………... 60 Figura 4.4 Ilustración de una URV en una isla d e llenado por balance de vapor…........... 92 Figura 4.5 Ilustración de una URV en una isla de llenado por vacío pasivo asistido. ...… 93 Figura 4.6 Ilustración de una URV en una isla de llenado por vacío activo asistido. …… 95
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LISTA DE ABREVIATURAS Abreviatura en el Nombre en Español documento API Instituto Americano de Petróleo COV Compuesto Orgánico Volátil Diagrama Básico de Procesos (Diagramas de Flujo de DBP Procesos, de Servicios y de Materiales de Construcción) Diagrama de Tuberías e DTI Instrumentación Inelectra Documento INEDON Normalizado HdD Hoja de Datos Agencia para la Protección del EPA Ambiente STP
Temperatura y Presión Estándar
URV
Unidad de Recuperación de Vapor
Nombre en Inglés American Petroleum Institute Volatile Organic Compund Process Basic Diagram Piping and Instrumentation Diagram Standard Document Inelectra Data Sheet Environmental Protection Agency Standard Temperature and Pressure Vapor Recovery Unit
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LISTA DE SÍMBOLOS Símbolo AA aA Agd Agt Ald Alt AM AP A p At Atotal B BA C CA CAB CAM CA1M CA2M CB CBM CC CE CG C p Co Ct Cv C1
Definición Unidad Constante en la ecuación de presión de vapor [adimensional] Actividad del compuesto A [mol/m 2 s kPa] Altura del gas en el difusor [m] Altura del gas en la garganta [m] Altura del líquido en el difusor [m] Altura del líquido en la garganta [m] Área requerida para llevar una separación [m2] particular a cabo Área transversal de la fase [m 2] Área de las partículas en el lecho [m 2] Área transversal de la garganta [m 2] Área total de la interfaz entre líquido y gas [m 2] Masa de carbón en el lecho [m 2] Constante en la ecuación de presión de vapor [K] Volumen molar de un gas ideal [m 3/mol] Constante en la ecuación de presión de vapor [K] Factor de llegada de la emisión, contribuido por vapores en el compartimiento A del tanque [kg/m3] vacío antes de cargar Concentración del compuesto A [mol/m 3] Concentración de A en la superficie de la [mol/m3] membrana aguas arriba Concentración de A en la superficie de la [mol/m3] membrana aguas abajo Concentración del contaminante adsorbido al [mol/m3] momento de saturación del lecho Concentración del compuesto B [mol/m 3] Concentración del contaminante en las [mol/m3] partículas de carbón Concentración del adsorbato en la corriente de salida al momento del lecho alcanzar el punto [mol/m3] de agotamiento Factor de emisiones generadas, debido a la [kg/m3] evaporación durante el proceso de carga Calor específico isobárico de un compuesto [kJ/kg K] Concentración del contaminante en la corriente [mol/m3] de entrada del equipo Concentración del adsorbato para un momento [mol/m3] dado Calor específico isocórico de un compuesto [kJ/kg K] 2 Constante empírica [(ft /bbl)*((1/psia)^C2))]
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C2 C3 D DVA Dd De DeA D j DO DP D p Ds Dt Dv DVA DVB EA Ee ee Eg egd ege egp egs ei El eld elj elp emd emt Emtot emtot Es es Et EVOC EVOCB f
Constante empírica Constante empírica Diámetro del tanque Coeficiente de difusión del contaminante en el carbón Diámetro (promedio) del difusor Diámetro (promedio) de la entrada Difusividad efectiva del compuesto A Diámetro de la boquilla del Jet Días de operación por año Diámetro de partícula Diámetro de la bomba Diámetro de la succión del gas Diámetro (promedio) de la garganta Diámetro del venturi Coeficiente de difusividad volumétrica del compuesto A Coeficiente de difusividad volumétrica del compuesto B Energía de activación Flujo de energía en la entrada Energía específica en la entrada Flujo de energía del gas Energía específica del gas en el difusor Energía específica del gas en la entrada Energía específica del gas en la bomba Energía específica del gas en la succión Energía específica de la fase en la sección i Flujo de energía del líquido Energía específica del líquido en el difusor Energía específica del líquido en el Jet Energía específica del líquido en la bomba Energía específica de la mezcla en el difusor Energía específica de la mezcla en la garganta Flujo total de energía de la mezcla de fluidos Energía específica total Flujo de energía en la succión del gas Energía específica en la succión del gas Flujo de energía en la garganta Pérdidas por carga de COV Pérdidas totales de COV por carga Capacidad fraccional de remoción de contaminante al final de la columna
[adimensional] [K] [m] [m2/s] [m] [m] [m 2/s] [m] [día/año] [m] [m] [m] [m] [m] [m2/s] [m2/s] [kJ/mol] [kJ/s] [kJ/kg ó m 2/s2] [kJ/s] [kJ/kg ó m 2/s2] [kJ/kg ó m 2/s2] [kJ/kg ó m 2/s2] [kJ/kg ó m 2/s2] [kJ/kg ó m 2/s2] [kJ/s] [kJ/kg ó m 2/s2] [kJ/kg ó m 2/s2] [kJ/kg ó m 2/s2] [kJ/kg ó m 2/s2] [kJ/kg ó m 2/s2] [kJ/s] [kJ/kg ó m 2/s2] [kJ/s] [kJ/kg ó m 2/s2] [kJ/s] [kg/min] [kg/min] [adimensional]
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f t G GOR Hd hi HL HLX HR HRO HS Ht HVO I JA JB k k d K E k e
K F
k j K P K N K S K B L L’ LA Ld Le LF Lin
Factor de fricción en la garganta Factor de crecimiento del vapor Relación gas-petróleo en un tanque Fracción volumétrica de líquido de la mezcla en la sección del difusor Altura de la sección i Altura del líquido Altura máxima del líquido Altura del techo del tanque Corte del techo Altura de la carcasa del tanque Fracción volumétrica de líquido de la mezcla en la sección de la garganta Corte del espacio con vapor Insolación solar total diaria en una superficie horizontal Caudal molar, másico o volumétrico del compuesto A Caudal molar, másico o volumétrico del compuesto B Permeabilidad del medio Coeficiente de pérdidas en el difusor Factor de expansión del espacio con vapor Coeficiente de pérdidas en la entrada Constante empírica para cada par adsorbenteadsorbato a una temperatura dada Coeficiente de pérdidas en la boquilla Factor de producción con pérdidas por trabajo Factor de saturación por rendimiento con pérdidas por trabajo Factor de saturación del vapor ventilado Factor de corrección de las condiciones de venteo Altura del lecho poroso Altura experimental de prueba de la columna Altura de la zona de adsorción Longitud del difusor Longitud de la entrada Pérdidas intermitentes Flujo de alimentación
[adimensional] [adimensional] [m 3/bbl] [adimensional] [m] [m] [m] [m] [m] [m] [adimensional] [m] [kJ/(m2 día)] [mol/m2-s, kg/m2-s o m3/m2-s] [mol/m2-s, kg/m2-s o m3/m2-s] [m2] [adimensional] [adimensional] [adimensional] [las unidades de K F siempre contrarrestan las unidades de C O, las cuales dependen del valor de n] [adimensional] [adimensional] [adimensional] [adimensional] [adimensional] [m] [m] [m] [m] [m] [kg/min] [mol/s o kg/s]
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L j Lout LS LT Lt LW MW MWV M m ̇
MA ̇ ̇ ̇ ̇
MS
mS mtotal MWV N n P PA pA PA1 PA2 PAM pB PBM PBP
Longitud de la boquilla Flujo de residuo Pérdidas por reposo o por respiración Pérdidas totales Longitud de la garganta Pérdidas por llenado o vaciado Masa molecular del adsorbato Masa molecular del vapor Masa de adsorbato al momento de saturación Masa de contaminante removida posterior al alcance del punto de saturación del lecho hasta haber alcanzado la concentración C del contaminante en el lecho Flujo másico que atraviesa a la bomba Jet Masa molecular del gas A en difusión Flujo másico gas en el Jet Flujo másico en el punto i Flujo másico del líquido en el Jet Flujo másico de la mezcla en el Jet Cantidad máxima teórica de contaminante en la columna Masa máxima de contaminante removible posible posterior al alcance del punto de saturación del lecho hasta la saturación máxima del lecho Masa total trabajada Masa molecular del vapor Número de rendimientos por año Constante empírica para cada par adsorbenteadsorbato a una temperatura dada Presión de operación del tanque Presión atmosférica Permeabilidad del compuesto A (flujo por unidad de diferencia de presión) Presión del compuesto A aguas arriba de la membrana Presión del compuesto A aguas debajo de la membrana Presión del compuesto A en la membrana Permeabilidad del compuesto B (flujo por unidad de diferencia de presión) Presión del compuesto B en la membrana Presión establecida para ventilar el respirador
[m] [mol/s o kg/s] [m 3/min] [m3/min] [m] [m 3/min] [kg/mol] [kg/mol] [kg] [kg] [kg/s] [kg/mol] [kg/s] [kg/s] [kg/s] [kg/s] [kg]
[kg] [kg] [kg/mol] [año -1] [adimensional] [kPa] [kPa] [mol/m2 s kPa] [kPa] [kPa] [kPa] [mol/m2 s kPa] [kPa] [kPa]
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PBV Pe PGI
q A Ql Qg Qge Qgi Qgt Qgd Qgp Qgs Qi QO QS QVOC QVOCB
Vacío establecido para ventilar el respirador Presión en la entrada de la bomba Jet Presión del gas ideal Presión del espacio con vapor a condiciones normales de operación Presión de la mezcla de gases en el punto i Presión real del vapor del crudo/gasolina cargado Presión en la garganta Presión de vapor real del material en el tanque a la temperatura T Presión de vapor del líquido a la temperatura diaria promedio de la superficie Presión de vapor del líquido a la temperatura mínima diaria de la superficie Presión de vapor del líquido a la temperatura máxima diaria de la superficie Presión aguas arriba de la membrana Presión aguas abajo de la membrana Rendimiento neto anual (capacidad del tanque [bbl] multiplicado por la tasa de rendimiento anual) Coeficiente de permeabilidad del compuesto A Caudal de líquido en el Jet Caudal de gas en el Jet Caudal de gas en la entrada Caudal de gas en la sección i Caudal de gas en la garganta Caudal del gas en el difusor Caudal del gas en la bomba Caudal del gas en la succión Caudal en el punto i Caudal de petróleo procesado Caudal de salida de la columna Volumen del material cargado Volumen de material cargado de la barca
R
Constante de los gases ideales
PI Pi PRV Pt PV PVA PVN PVX P1 P2 Q
r r p Re
Radio de las partículas en el lecho (asumiendo que tienen forma redonda) Radio medio de los poros Número de Reynolds
[kPa] [kPa] [kPa] [kPa] [kPa] [kPa] [kPa] [kPa] [kPa] [kPa] [kPa] [kPa] [kPa] [bbl/año] [mol/m 2 s kPa] [m 3/s] [m 3/s] [m 3/s] [m 3/s] [m 3/s] [m 3/s] [m 3/s] [m 3/s] [m3/s] [bbl/día] [m 3/s] [m 3/min] [m 3/min] [ 10,73164 (psi*ft3)/(lbmol*°R) ] [m] [m] [adimensional]
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R R R S S SA SB SR SVOC T tA TAA TAN TAX TB tB tE tF TGI Ti tL
TLA TM Tm ua us uw VB VE Vgd vge
Radio del techo en forma de domo del tanque Radio de la carcasa del tanque Área transversal de la columna Coeficiente de solubilidad del compuesto A Coeficiente de solubilidad del compuesto B Pendiente del techo cónico del tanque Factor de saturación Temperatura de operación del tanque Tiempo requerido por la zona de adsorción para desplazar su propia altura a lo largo de la columna Temperatura diaria ambiental promedio Temperatura diaria mínima del ambiente Temperatura diaria máxima del ambiente Temperatura del granel líquido Tiempo de saturación del lecho Tiempo requerido por la concentración en los residuos para alcanzar el punto de agotamiento Tiempo requerido por la zona de adsorción para formarse Temperatura del gas ideal Temperatura de la mezcla de gases en el punto i Tiempo requerido por la zona de adsorción completamente formada para desplazarse a lo largo de la altura de la columna, L, hasta que la concentración en los residuos sea igual a C E Temperatura diaria promedio del líquido en la superficie Temperatura a la cual ocurre la separación por membranas Temperatura absoluta de la mezcla Velocidad de la zona de adsorción Velocidad superficial del fluido (velocidad que el fluido tendría a través del espacio vacío al mismo caudal volumétrico) Velocidad de la onda de adsorción Volumen acumulado de desechos en el lecho poroso Volumen acumulado de residuos que han pasado a través de la columna durante el intervalo de tiempo [0,t E] Velocidad del gas que atraviesa el difusor Velocidad del gas en la entrada
[m] [m] [m 2] [mol/m 3 kPa] [mol/m 3 kPa] [m/m] [adimensional] [K] [s] [K] [K] [K] [K] [s] [s] [s] [K] [K] [s]
[K] [K] [K] [m/s] [m/s] [m/s] [m3] [m3] [m/s] [m/s]
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vgi Vgt Vi vi v j vli vlj VLX Vmáx vmd vmt Vout V p VPh vt VV W WV X xa xAA xin xout XVOC y ̅
yA yout α αM γ γg γgc γo
Velocidad del gas en la sección i Velocidad del gas que atraviesa la garganta Volumen de la mezcla de gases en el punto i Velocidad del fluido en la sección i Velocidad del líquido pasando por la boquilla Velocidad del líquido en la sección i Velocidad del líquido en la sección Jet Volumen máximo de líquido en el tanque Volumen total acumulado de la corriente de desecho Velocidad de la mezcla en el difusor Velocidad de la mezcla en la garganta Flujo de permeado Volumen de las partículas en el lecho Velocidad de la fase Velocidad de la mezcla en la garganta Volumen del espacio con vapor Relación entre las presiones a ambos lados de la membrana Densidad del vapor Masa máxima de adsorbato que puede adsorber el lecho Cantidad de adsorbato adsorbido Fracción molar del compuesto A en la alimentación Fracción molar del compuesto A en la alimentación Fracción molar del compuesto A en el residuo Fracción molar del COV en el vapor Composición del flujo de permeado Composición promedio del gas que difunde Fracción molar de A en el permeado Fracción molar del compuesto A en el permeado Coeficiente de absorción solar de la pintura sobre el tanque Selectividad de la membrana para la separación de gases Índice adiabático Gravedad específica del gas en solución a la temperatura y presión real del tanque Gravedad específica del gas disuelto a 100 psig Grados API del líquido en el tanque
[m/s] [m/s] [m 3] [m/s] [m/s] [m/s] [m/s] [m 3] [m3] [m/s] [m/s] [m3/s, mol/s o kg/s] [m 3] [m/s] [m/s] [m 3] [adimensional] [kg/m3] [kg] [kg] [adimensional] [adimensional] [adimensional] [kg COV/kg] [adimensional] [adimensional] [adimensional] [adimensional] [adimensional] [adimensional] [adimensional] [adimensional] [adimensional] [adimensional]
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γos ΔCA ΔEd ΔEe ΔEm ΔE j ΔP ΔPA ΔPB ΔPet ΔPt ΔPV ΔTA ΔTV ΔV Δz ɛB ɛM ɛP ɛS η θ j λ λt 1-λ 1-λt µ µ gt µl µ mt ξ
Gravedad específica del petróleo en el tanque de almacenamiento Diferencial de concentración del compuesto A antes y después de la membrana Pérdidas de energía en el difusor Pérdidas de energía en la entrada del gas Pérdidas de energía por mezclado Pérdidas de energía en la boquilla Caída de presión Diferencial de la presión parcial del compuesto A antes y después de la membrana Rango de variación establecido de presión de ventilación del respirador Caída de presión (Pérdidas por fricción) de la entrada a la garganta Pérdidas de energía en la garganta Rango de variación diaria de la presión del vapor Rango de temperatura ambiental diaria Rango de variación diaria de la temperatura del vapor Variación del caudal de permeado Grosor de la membrana porosa Fracción de vacío del lecho poroso Porosidad o fracción de vacío de la membrana Fracción de vacío de la partícula Fracción de vacío del sólido Eficiencia isentrópica Ángulo de inclinación de la boquilla con respecto a la horizontal Fracción de líquido en una mezcla bifásica sin deslizamiento entre fases Fracción de líquido en una mezcla bifásica sin deslizamiento entre fases en la garganta Fracción de gas en una mezcla bifásica sin deslizamiento entre fases Fracción de gas en una mezcla bifásica sin deslizamiento entre fases en la garganta Viscosidad del medio Viscosidad del gas en la garganta Viscosidad del líquido Viscosidad de la mezcla en la garganta Grado de saturación de la columna en el punto
[adimensional] [mol/m3] [kJ/s] [kJ/s] [kJ/s] [kJ/s] [kPa] [kPa] [kPa] [kPa] [kPa] [kPa] [K] [K] [m3/s, mol/s o kg/s] [m] [adimensional] [adimensional] [adimensional] [adimensional] [adimensional] [°] [adimensional] [adimensional] [adimensional] [adimensional] [kg/m s] [kg/m s] [kg/m s] [kg/m s] [adimensional]
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ρB ρg ρgd ρge ρGI ρgi ρgp ρgs ρgt ρi ρL ρl ρmd ρmezcla ρmt ρP ρS ρS app τM
de saturación Densidad del lecho poroso Densidad del gas en el Jet Densidad del gas en el difusor Densidad del gas en la entrada Densidad del gas ideal Densidad del gas en la sección i Densidad del gas en la bomba Densidad del gas en succión Densidad del gas en la garganta Densidad del fluido en el punto i Densidad del fluido Densidad del líquido en el Jet Densidad de la mezcla en el difusor Densidad de la mezcla en el Jet Densidad de la mezcla en la garganta Densidad de la partícula Densidad real del sólido Densidad aparente del sólido Tortuosidad
[kg/m 3] [kg/m 3] [kg/m 3] [kg/m 3] [kg/m 3] [kg/m 3] [kg/m 3] [kg/m 3] [kg/m 3] [kg/m 3] [kg/m3] [kg/m 3] [kg/m 3] [kg/m 3] [kg/m 3] [kg/m3] [kg/m3] [kg/m 3] [adimensional]
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UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES COORDINACIÓN DE INGENIERÍA QUÍMICA
GUÍA DE DISEÑO DE UNA UNIDAD DE RECUPERACIÓN DE VAPOR RESUMEN Gracias a las regulaciones ambientales venezolanas y al deseo de disminuir las emisiones en la industria petrolera, se ha visto en aumento el compromiso por mejorar las plantas de procesamiento de crudo. Por su parte, empresas como Inelectra llevan a cabo el diseño de estas plantas; consecuentemente, el ingeniero químico se involucra a fondo en el desarrollo de esta clase de proyectos. Esto, aunado a la falta de procedimientos internos para el diseño de unidades de recuperación de vapor, motiva al Departamento de Procesos de Inelectra a la elaboración de un manual de diseño que reúna información esencial para el dimensionamiento de dichas unidades, aplicable principalmente en la industria petrolera y afines. Dicho manual abarca desde el cálculo de emisiones provenientes de tanques de almacenamiento, brazos de carga e islas de llenado, el dimensionamiento de las tecnologías de separación que pueden conformar a una Unidad de Recuperación de Vapor (o URV), como la separación por adsorción o membranas y el dimensionamiento de una bomba Jet a modo de complemento para el mejoramiento del proceso en cuestión, además de métodos para la regulación de las emisiones tanto en brazos de carga como en islas de llenado. Para alcanzar este objetivo fue necesaria la revisión bibliográfica de fuentes físicas y digitales. Con ello, se desarrolló un manual de diseño que contiene la información necesaria para el diseño de una URV, donde se organizó la información de acuerdo a los pasos a seguir para el diseño, siguiendo lineamientos establecidos por Inelectra para la elaboración de este tipo de documentos. Los procedimientos mostrados en el manual son producto de la investigación de la bibliografía de acuerdo a lo solicitado por Inelectra. Posterior a esto, se programaron hojas de cálculo con los procedimientos de predimensionamiento de los equipos, aplicándose los pasos y lineamientos establecidos en el documento. No fue posible comparar los resultados de diseño con unidades existentes pues no estaba disponible la información suficiente; sin embargo, los especialistas de Inelectra consideraron aceptables los procedimientos propuestos. En fin, el manual y las hojas de cálculo reducen las horas hombres invertidas en el cálculo de emisiones y en el diseño de una URV. Palabras clave: manual, ambiente, unidad de recuperación de vapor, pérdidas, separación.
