INTERCAMBIABILID
AD DE GAS
17 de Agosto de 2017
Juan Manuel Ortiz Afanador
Gerente
Polygon Energy S.A.S.
Drawing the retorts at the Great Gas Establishment Brick Lane, from The Monthly Magazine (1821)
Imagen: commons.wikimedia.org
Gases de la Primera Familia (manufacturados)
Gases de la Segunda Familia (gas natural)
Gases de la Tercera Familia (gases licuados - GLP)
Los gases combustibles y sus familias
Desde 1812 hasta 1980s
Desde 1821 hasta hoy
Desde 1912 hasta hoy
Fotografía: Andy Bullock - https://flic.kr/p/6kZnu8
Intercambiabilidad:
Medida del grado en que las características de combustión de un gas son compatibles con las de otro gas. Se dice que dos gases son intercambiables cuando un gas puede ser sustituido por otro sin interferir con la operación de los equipos de combustión
Índice de Wobbe
1927 Goffredo Wobbe
Bolonia, Italia
El poder calorífico del gas, por sí solo, no es un parámetro que permita evaluar la intercambiabilidad. Wobbe desarrolló un parámetro que tiene en cuenta el flujo de la energía contenida en el gas.
Índice de Wobbe (𝑰𝑾) Cociente entre el poder calorífico y la raíz cuadrada de la densidad relativa del gas
𝐼𝑊 =𝑃𝐶𝑆
𝐺
Poder calorífico superior
Densidad relativa
Índice de Wobbe
Densidad del gas
Poder calorífico
Presión Constante
𝑄𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 = 𝑃𝐶𝑆 × 𝑄𝑣
Flujo de energía contenida en el gas
Orificio del inyector (fisto) (área constante)
𝑄𝑣 ∝1
𝐺
Caudal volumétrico
Dos gases con igual índice de Wobbe brindan el mismo flujo de energía contenida en el gas (a igual presión y diámetro de orificio inyector)
Caudal energético
Gases de la Primera Familia (manufacturados)
Gases de la Segunda Familia (gas natural)
Gases de la Tercera Familia (gases licuados - GLP)
IW 598 a 662 BTU/ft3
IW 1044 a 1461 BTU/ft3
IW 1947 a 2331 BTU/ft3
Son intercambiables los gases de diferentes familias?
RTA/ En la mayoría de equipos de combustión… NO
Valores reportados a condiciones estándar RUT 14,65 psia y 60°F
Son intercambiables gases de la misma familia?
RTA/ En la mayoría de equipos de combustión… NO
Cada familia está conformada por una gran variedad de gases, por esta razón ha sido necesario subdividir las familias en grupos
Valores reportados a condiciones estándar RUT 14,65 psia y 60°F
COLOMBIA Cusiana-Cupiagua: IW 1390 BTU/ft3
Bullerengue: IW 1380 BTU/ft3 Gibraltar: IW 1363 BTU/ft3 Arianna: IW 1341 BTU/ft3 Guajira: IW 1325 BTU/ft3
Creciente: IW 1323 BTU/ft3 Corrales: IW 1318 BTU/ft3 Caramelo: IW 1300 BTU/ft3
Segunda familia (Gas Natural) IW 1044 a 1461 BTU/ft3
Grupo H: IW 1220 a 1461 BTU/ft3 Grupo L: IW 1044 a 1196 BTU/ft3 Grupo E: IW 1092 a 1461 BTU/ft3
Son intercambiables los gases de la misma familia y grupo?
RTA/ NO necesariamente
Desde la perspectiva del uso final, el IW por sí solo no es suficiente para realizar un buen control de la intercambiabilidad. Por esta razón, operativamente se debe usar de forma complementaria con uno o varios parámetros de intercambiabilidad adicionales, tales como los índices de Weaver, los índices de AGA, el índice de desprendimiento de llama, el factor de combustión incompleta, el índice de hollín, el número de metano, entre otros
Especificaciones de calidad CREG 071 de 1999 (RUT) Incluidas modificaciones (CREG 054/2007)
Las especificaciones de calidad de gas vigentes en la actualidad no contemplan el IW u otros parámetros de intercambiabilidad. CREG 084 de 2008: Proyecto intervalo de ±5% sobre el promedio de los límites del grupo H (segunda familia) CREG 172 de 2016: Se retoma el proyecto Actualmente: La CREG revisa comentarios recibidos a la CREG-172/2016
Fuente: Resolución CREG 071 de 1999 – RUT (incluida modificación de la Resolución CREG 054 de 2007)
CAR USM COR APY CRE GUA BLN ARI GIB LPZ TUC BUL CUP CUSEP CUSAP
CUSAP 3 3 3 3 3 3 3 1 0 0 0 0 0 0 22
CUSEP 3 3 3 3 3 3 3 1 0 0 0 0 0 0 22
CUP 3 3 3 3 3 1 1 1 0 0 0 0 0 0 18
BUL 3 2 3 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 11
TUC 3 1 3 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 10
LPZ 3 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 7
GIB 3 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 5
ARI 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 0 3 3 3 11
BLN 0 0 0 0 0 0 0 3 3 3 2 5 5 5 26
GUA 0 0 0 0 0 0 0 2 3 3 2 5 5 5 25
CRE 0 0 0 0 0 0 0 2 3 3 2 5 5 5 25
APY 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 4 4 4 14
COR 0 0 0 0 0 0 0 2 2 4 4 5 5 5 27
USM 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3 2 4 4 4 17
CAR 0 0 0 0 0 0 0 5 5 5 5 5 5 5 35
21 12 17 9 13 10 10 3 14 16 23 19 36 36 36
GA
SE
S D
E A
JU
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dic
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nta
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es
te s
en
tid
o →
)
GASES SUSTITUTOS (Índice de Wobbe aumenta en este sentido →)
Fuente: Informe preparado por Polygon Energy para CNO-Gas. 2016
Análisis caso colombiano
En 2016 el Consejo Nacional de Operación de Gas (CNO-Gas) desarrolló, a través de Polygon Energy, una Investigación Documental Detallada sobre Intercambiabilidad de Gases. Los resultados están disponibles públicamente y en análisis por parte de la CREG En la Figura se aprecia un análisis de riesgos que podría derivarse de un intercambio directo de los gases naturales producidos en Colombia
Combustión incompleta Llamas con puntas amarillas Formación de hollín Retroceso de llama Alta concentración de monóxido de carbono (CO) en productos de combustión Presencia de hidrocarburos sin quemar (HxCx) en productos de combustión Daños en equipos de combustión Afectación sobre motores que operan con gas – Cascabeleo (knocking) Afectación sobre la calidad de los productos obtenidos en procesos de manufactura
relacionados con la cerámica, el vidrio, la porcelana, la fibra de vidrio, hornos de atmósfera controlada y procesos textiles de llama directa
Pérdida de eficiencia energética en procesos Desactivación de catalizadores Afectación sobre el medio ambiente (aumento de emisiones, polución atmosférica)
Problemas potenciales de intercambiabilidad
Punto de implementación Técnica de Gestión de Calidad de Gas Ajuste a realizar
En el punto de producción de gas
Fraccionamiento (Extracción de GLP y/o
etano) Empobrecimiento
Inyección de nitrógeno Empobrecimiento
Inyección de GLP Enriquecimiento
En la terminal de regasificación
Ballasting con gas inerte Empobrecimiento
Fraccionamiento (Extracción de GLP y/o
etano) Empobrecimiento
Inyección de GLP Enriquecimiento
Remoción de inertes o CO2 Enriquecimiento
Mezcla con gases de diferente composición Empobrecimiento/
Enriquecimiento
En la red de transporte y/o de
distribución
Mezcla con gases de diferente composición Empobrecimiento/
Enriquecimiento
En el punto de salida
Ballasting con gas inerte Empobrecimiento
Inyección de GLP Enriquecimiento
Mezcla con gases de diferente composición Empobrecimiento/
Enriquecimiento
Control automatizado de la combustión –
Soluciones implementadas exitosamente a nivel internacional
Fuente: Adaptado de IGU “Guidebook to Gas Interchangeability and Gas Quality” 2011
Multiplicidad de usos del
gas
Diversidad de fuentes de gas
Conformación de mezclas de
gases
Variaciones del gas
suministrado a usuarios
Retos actuales GNL Importaciones convencional de gas (por gasoducto) Gasoductos virtuales Control de las mezclas de gases Biogás Sustituciones de gas natural por GLP y viceversa Definición de condiciones locales de distribución Una nueva etapa: “Gestión de la calidad del gas”