Simulación numérica del comportamiento térmico en régimen transitorio de flujos de gas en redes de ductos

Abstract

Esta tesis ha sido elaborada con la intención de dar una visión general del análisis numérico del transporte de gas natural por sistemas de tuberías, debido a la industria creciente de esta actividad en el Perú y con intensión de incentivar el desarrollo de tecnología nacional en esa área.

La tesis ha sido divida en las siguientes partes. En el capítulo 1 se abordara las motivaciones que llevaron a la elección de este tema de tesis por parte del autor, las cuales en líneas generales es la creciente demanda de transporte de gas natural en nuestro país y la necesidad de desarrollar herramientas de simulación computación con la intensión de analizar y simular numéricamente este sistema para realizar estudios de perfeccionamiento. El objetivo de la tesis también es presentado en este capítulo el cual se resume en simular numéricamente un sistema de gasoductos utilizando principios fundamentales de la mecánica de fluidos, y demostrar que la industria de desarrollo de software de ingeniería es factible en nuestro país.

En el capítulo 2 se presentará una descripción general de los sistemas de gasoductos en el Perú presentes y futuros, mostrando que este gran mercado necesita soluciones tecnologías para los desafíos que enfrenta durante el desarrollo de sus operaciones. Mediante la simulación numérica es posible realizar estudios detallados de los problemas que envuelve el transporte de gas natural en pipelines. También se hará un overview de la industria de software internacional que actualmente ofrecen soluciones y soporte en esta área. Usar esas herramientas foráneas significa dependencia tecnológica y económica.

El capítulo 3 explicara el fundamento teórico de los modelos matemáticos que han sido usados y los cuales gobiernan el sistema en cuestión. Estos se basan en principios fundamentales de la mecánica de fluidos, como son las ecuaciones de conservación, balances de energía y correlaciones empíricas para el modelado de los componentes. El método numérico seleccionado para resolver los modelos matemáticos es también descrito en este capítulo, este es el método de los Volúmenes Finitos. Este capítulo explicara los criterios seguidos para la discretización de las ecuaciones de conservación y la generación del sistema algebraico.

Validaciones de los resultados obtenidos son presentadas en el capítulo 4. Una serie de pruebas de ensayo fueron establecidas con la intensión de demostrar el performance del modelo implementado y comparar sus resultados con datos provenientes de un reconocido software comercial. Excelente concordancia entre los dos programas fueron conseguidos.

Las conclusiones de esta tesis y recomendaciones para futuros trabajos son presentadas a continuación. El modelo implementado en esta tesis fue capaz de predecir el comportamiento de gas natural en redes de ductos sujetos a transitorios hidráulicos y térmicos. Resultados del modelo coinciden con los del software comercial. Así es demostrado que es posible desarrollar esta tecnología para dar solución a la creciente demanda del transporte de gas natural en el mercado peruano.

En los apéndices se dará detalles sobre la herramienta computacional implementada, describiendo las condiciones de contorno y presentando el diagrama de flujo del procedimiento de solución.

3 El autor de esta tesis quiere agradecer al Ing. David Amaya Fuertes por su orientación durante el desarrollo de esta tesis. Así como expresar mi gratitud a mis ex compañeros de trabajo del Pipeline Thermo-Hydraulic Simulation Group – Brasil, lugar donde este know-how fue enriquecido y puesto en práctica.