Simbologia



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ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL

Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción

“Diseño de una Estación de Aforo Continua para el Canal de Descarga de Efluentes Tratados de la Refinería Estatal de Esmeraldas”




TESIS DE GRADO

Previo a la obtención del Título de:



INGENIERO MECÁNICO

Presentada por:


Luis Fernando Gutiérrez Lara
GUAYAQUIL – ECUADOR

Año: 2005


A G R A D E C I M I E N T O

A Dios, que siempre estuvo conmigo durante este largo camino, y a todas las personas que de uno u otro modo colaboraron en la realización de este trabajo, en especial al Ing. Marco Pazmiño Director de Tesis, al Ing. Ramón Bedoya Jefe de la Unidad de Protección Ambiental y Seguridad Industrial de REE, a la Sra. Mercedes de Begué por su invaluable ayuda.

D E D I C A T O R I A

A MI FAMILIA,

EN ESPECIAL A MÍ

MADRE, YA QUE SIN SU INVALUABLE APOYO, NO HUBIESE SIDO POSIBLE LLEGAR A LA META.

TRIBUNAL DE GRADUACIÓN

Ing. Mario Patiño A. Ing. Marco Pazmiño B.

Delegado del Decano de la FIMCP DIRECTOR DE TESIS

PRESIDENTE

Dr. Alfredo Barriga R.

VOCAL

DECLARACIÓN EXPRESA



“La responsabilidad del contenido de esta Tesis de Grado, me corresponden exclusivamente y el patrimonio intelectual de la misma a la ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL”

(Reglamento de Graduación de la ESPOL).

Luis Fernando Gutiérrez Lara

RESUMEN

Este trabajo pretende ser un aporte principal en el tema del control de la contaminación de los cauces de agua, a través de la medición del volumen de efluente industriales vertidos hacia los ríos, específicamente los efluentes que la Refinería Estatal de Esmeraldas (REE) descarga hacia el río Teaone. Se lo dividió en varias partes, que involucró el conocimiento previo de la planta industrial y sus procesos y luego los antecedentes que propiciaron la generación del proyecto.


La idea consiste en implementar a futuro, una estación de aforo continua en el canal abierto que conduce los efluentes tratados de REE, con el propósito de determinar en tiempo real el caudal que se esta vertiendo hacia el río, así como también llevar un registro acumulado de los mismos. Para esto se deberá diseñar una instalación hidráulica que se ajuste a las condiciones y necesidades del canal existente. Además se deberá seleccionar un equipo automático totalizador de caudales que facilite la toma de lectura.
Para cumplir este objetivo, se realiza la selección de una sección de control a lo largo del canal, se analizan alternativas de diseño de la estación de aforo, y se investiga acerca de los diferentes instrumentos para el aforo en canales que existen el mercado.
Finalmente se espera que este proyecto proporcione los parámetros técnicos necesarios para la posterior implementación de esta obra, así como también una estimación de los costos involucrados.

ÍNDICE GENERAL

Pág.


RESUMEN………………………………………………………………………….II

INDICE GENERAL………………………………………………………………...III

ABREVIATURAS.………………………………………………………………….IV

SIMBOLOGÍA……………………………………………………………………….V

INDICE DE FIGURAS……………………………………………………………..VI

INDICE DE TABLAS………………………………………………………………VII

INDICE DE PLANOS……………………………………………………………..VIII

INTRODUCCIÓN………………………………………………………………….. 1


CAPITULO 1

1. LA REFINERÍA ESTATAL DE ESMERALDAS (REE)……………………… 4

1.1. Antecedentes………………………………………………………………. 4

1.2. Operación de la Planta Industrial…………………………………………8

1.3. Evacuación de Efluentes Líquidos de la REE………………………….13

1.4. Necesidad de Medición de los Caudales de Efluentes. ………………14


CAPITULO 2

2. ESTRUCTURAS PARA MEDIR CAUDALES EN CANALES ABIERTOS..18

2.1. Características…………………………………………………………….19

2.2. Tipos de Estructuras……………………………………………………...33
CAPITULO 3

3. EQUIPO DE MEDICIÓN CONTINUA DE CAUDALES……………………. 68

3.1. Características y Especificaciones……………………………………... 68

3.2. Equipos Medidores de Flujo en Canales Abiertos……………………. 76


CAPITULO 4

4. DISEÑO DE LA ESTACIÓN DE AFORO…………………………………… 80

4.1. Selección de la Sección de Control…………………………………… 80

4.2. Cálculo y Dimensionamiento de la estructura………………………... 89

4.2.1. Especificaciones de Construcción………………………………..98

4.2.2. Posibles Problemas Técnicos y Mantenimiento…………….. 100


CAPITILO 5

5. INSTALACION DEL EQUIPO………………………………………………. 102

5.1. Forma de Instalación…………………………………………………… 103

5.2. Operación y Mantenimiento…………………………………………….105


CAPITULO 6

6. ANÁLISIS DE COSTOS…………………………………………………….. 107

6.1. Monto Estructural de la Obra…………………………………………. 107

6.2. Estimación del equipo…………………………………………………..109

6.3. Costo de Operación y Mantenimiento……………………………….. 110
CAPITULO 7

7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES………………………………111



apÉndices

bibliografía

abreviaturas


bpd

CEE


DINAPA.

km2

LPG

l/s


m3

m3/s

mm/h

Qmax

Qmin

rEE

Barriles por Día

Comunidad Económica Europea.

Dirección Nacional de protección Ambiental

Kilómetro Cuadrado.

Gas Licuado de Petróleo

Litro por Segundo.

Metro Cúbico.

Metro Cúbico por Segundo.

Milímetro por Hora

Caudal Máximo.

Caudal Mínimo.

Refinería Estatal de Esmeraldas.




SIMBOLOGÍA


A

h

H



m

Q

q



V

C


Cd

i



Yc

Y

L

Lb



La

B

p1



g

F

Área



Altura de Carga.

Energía del Fluido en Unidades de Longitud.

Pendiente de Solera.

Caudal.


Caudal por Unidad de Longitud.

Velocidad Promedio de Flujo.

Coeficiente de Escorrentía.

Coeficiente de Descarga.

Intensidad de Lluvia Promedio

Gama de Caudales.

Profundidad Crítica.

Nivel de Superficie

Longitud del Aforador

Longitud de Sección de Control.

Longitud de Sección de Rampa de Aproximación.

Ancho de Sección de Control.

Altura de Sección de Control

Aceleración de la Gravedad.

Número de Fraude.





ÍNDICE DE FIGURAS

Pag.


Figura 2.1. Relación Altura de Carga (m) – Caudal (m3/s)………………….25

Figura 2.2. Terminología Aplicada al Transporte de Sedimentos………….27

Figura 2.3. Vertederos RBC en Canales de Irrigación………………………37

Figura 2.4. Definición de Símbolos para un Vertedero de Cresta Ancha…38

Figura 2.5. Corriente Libre y Corriente Sumergida Sobre un

Vertedero de Pared Delgada…………………………………….43

Figura 2.6. Vertedero con Contracción Final y vertedero sin

Contracción………………………………………………………...44

Figura 2.7. Definición Esquemática de un Vertedero de

Pared Delgada…………………………………………………….46

Figura 2.8. Los Vertederos con Pared Delgada Deben Tener el

Extremo Agudo Aguas Arriba……………………………………49

Figura 2.9. Caja Vertedero Cipolletti……………………………….…………49

Figura 2.10. Canal de Aforo Parshall.……………………………………….…56

Figura 2.11. Aforador Parshall en la Planta de Tratamiento de

Efluentes de ree…………………………………………….……59

Figura 2.12. Aforador sin Cuello……………………………………………......59

Figura 2.13. Diferentes Formas de Contraer la Sección de un Canal……...64

Figura 2.14. Aforador de Garganta Larga en una Zanja……………………. 64

Figura 3.1. Limnígrafo con Flotador…………………………………………. 69

Figura 3.2. Equipo con Registro Continuo de Nivel Analógico…………… 72

Figura 3.3. Registrador Digital con Cinta de Papel Perforado……………. 73

Figura 3.4. Unidad Programable a Batería Operando en una

Estación de Aforo………………………………………………….75

Figura 3.5. Algunos Tipos de Transmisores de Nivel………………….... ...76

Figura 3.6 Instalación de un Transmisor de Nivel Ultrasónico……...........76

Figura 3.7. Sensor de Nivel con Transductor de Presión…………………..77

Figura 3.8. Totalizador Electrónico de Caudal………………………………77

Figura 3.9. Totalizador con Sensor Ultrasónico…………………..……….. 78

Figura 3.10. Equipo con Transductor de Presión…………..………………...78

Figura 4.1. Vista Panorámica de la REE……………………………………...83

Figura 4.2. Primer Tramo del Canal con Sección Trapezoidal………….…83

Figura 4.3. Entrada a la Alcantarilla Subterránea………………………….. 84

Figura 4.4. Canal Excavado Exterior…………………………………………84

Figura 4.5. Construcción en Marcha de un Vertedero de Cresta

Ancha Trapezoidal……………………………………………….100

Figura 5.1. Estado del Nivel de Agua al Momento de la

Calibración del Sensor de Nivel………………………………..104



ÍNDICE DE TABLAS

Pag.


Tabla 1 Capacidad de las Unidades de Proceso………………………. 11

Tabla 2 Productos de la REE………………………………………………12

Tabla3 Errores de Lectura………………………………………….…...…32

Tabla4 Algunas Estructuras de Medición de Caudales………..35 Tabla 5 Características Geométricas de los Tramos del Canal……..…85

Tabla 6 Costos de Construcción de la Estructura de Aforo……………108

Tabla 7 Costo de los Equipos Electrónicos…………………………….109




INTRODUCCIÓN

La Refinería Estatal de Esmeraldas (REE) es la planta industrial más grande del país, tiene como objetivo principal; procesar el crudo proveniente del oriente ecuatoriano y transformarlo hasta obtener los diferentes derivados de consumo nacional y para la exportación como son: gas licuado de petróleo, naftas, gasolinas, diesel, asfalto, fuel-oil, etc.
La industria de refinación del petróleo, emplea para cumplir su cometido procesos altamente tecnológicos y por consiguiente un consumo en grandes cantidades del recurso hídrico. Aunque las instalaciones de la REE permiten reutilizar una parte del agua, la mayor parte es descargada al Río Teaone, después de ser procesada en la unidad de tratamiento de efluentes.
Con el propósito de cumplir la normativa ambiental vigente, en la REE se monitorea constantemente los efectos que tiene la descarga de aguas residuales, se llevan a cavo análisis a diario de la composición química del efluente, y de la concentración de las sustancias contaminantes en los cuerpos hídricos circundantes y al interior de la planta industrial.
Para complementar el monitoreo de la composición química de los efluentes, y por ende controlar de una mejor manera los efectos que tiene el vertido de éstos, se hace necesario determinar continuamente y llevar un registro acumulado del caudal de aguas residuales tratadas que descarga Refinería.
La presente investigación se ha desarrollado con el objetivo de aportar al conocimiento en tiempo real y acumulado del caudal de efluentes tratados vertidos, mediante el empleo de una estación de aforo. Para ello, a este trabajo se lo ha dividido en varios capítulos:
En el capítulo 1, se describe el accionar de la REE, incluyendo la forma en que se descargan las aguas residuales, y se recogen diversos criterios acerca de la necesidad de medición del caudal de efluentes tratados que son vertidos.
En el capítulo 2, En esta segunda parte se investiga teóricamente todos los tipos de estructuras de medición de caudales en canales abiertos. Esta parte del trabajo se la puede calificar como una Investigación de Calidad Comparativa entre diferentes aforadores.
En el capítulo 3, se realiza una investigación de las características y principios de operación de los diferentes equipos automáticos para la medición continua de caudales en canales abiertos que existen actualmente en el mercado.

En el capítulo 4, se analiza el trayecto y condiciones hidráulicas del canal abierto que conduce los efluentes tratados para seleccionar un punto que sirva como sección de control para levantar la estructura. Además después de realizar la selección definitiva de la estructura más conveniente, se procede a dimensionar la estación de aforo.


En el capítulo 5, se describe la funcionalidad del equipo automático que más se ajusta a las necesidades de monitoreo del caudal.
En el capítulo 6, se hace una estimación tanto del costo de la obra y equipo automático, como también del costo de operación y mantenimiento.
Finalmente en base a los resultados alcanzados en los capítulos anteriores, en el capítulo 7 se presentan las conclusiones del proyecto, así como también un grupo de recomendaciones dirigidas a la construcción del aforador diseñado en el presente trabajo investigativo.
CAPÍTULO 1

1. LA REFINERÍA ESTATAL DE ESMERALDAS.

1.1 Antecedentes.

La Refinería Estatal de Esmeraldas (REE), se encuentra a 7 kilómetros de la ciudad en dirección suroeste, junto a la vía que conduce al cantón Atacames. Las instalaciones se encuentran a 300 metros del Río Teaone, a 3 kilómetros del Río Esmeraldas y a 3,8 kilómetros del Océano Pacífico en línea recta. El sitio se encuentra en una región tropical con un promedio anual de precipitación de 750 mm, el rango de temperatura promedio es de 16.5 °C a 36 °C.


La REE fue diseñada por la empresa norteamericana Universal Oil Products (UOP), y construida por el consorcio japonés Sumitomo Shoji Kaisha – Chiyoda Chemical Engineering & Construction e inició su operación el 4 de mayo de 1977, procesando 55 600 barriles diarios de petróleo (bpd), operada totalmente por técnicos ecuatorianos. Más adelante con la demanda del sector productivo del país y para mejorar los ingresos económicos fue ampliada. Éste proceso se lo realizó en dos partes:
Ampliación de 1987._ La Corporación Estatal Petrolera Ecuatoriana (CEPE), el 20 de mayo de 1985 suscribe el contrato con el consorcio Sumitomo - Chiyoda, (bajo diseño de la UOP), para la ampliación de la capacidad a 90 000 barriles por día de operación (bpd). El 28 de Septiembre de 1987 se inauguró la Ampliación de la Refinería.

Ampliación de 1995 – 1997._ En el año de 1995 se amplió la capacidad de la unidad existente de Craqueamiento Catalítico Fluido (FCC) de 16 000 bpd a 18 000 bpd, a cargo del consorcio Kellog-Bufete. Con el diseño de IFP / BEICIP / FRANLAB, y la construcción del consorcio Técnicas Reunidas-Eurocontrol (TRE), se realiza la ampliación de procesamiento de crudo de 90 000 bpd a 110 000 bpd en el año de 1997.
Proceso de Refinación del Petróleo.

La Refinación es el proceso de separar por destilación fraccionada los distintos componentes del petróleo: combustibles, aceites, asfaltos, etc., para facilitar su comercialización.


Para obtener productos de características precisas y utilizar de la manera más rentable posible las diversas fracciones presentes en el petróleo es necesario efectuar una serie de operaciones de tratamiento y transformación que, en conjunto, constituyen el proceso de refino o refinación de petróleos crudos.

La operación fundamental es la destilación fraccionada continua, en la que el petróleo es calentado a 360°C e introducido en unas columnas de platillos, donde se separan los productos ligeros y los residuos. Esta operación sólo suministra productos en bruto, que deberán ser mejorados para su comercialización.




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