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UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALESCOORDINACIÓN DE INGENIERÍA MECÁNICA
ELABORACIÓN DE GUÍAS DE DISEÑO PARA EL TRAZADO DE TUBERÍAS
DE TRANSPORTE DE HIDROCARBUROS
Por:Leopoldo Andrés Colomés Dvorak
INFORME DE PASANTÍAPresentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar
como requisito parcial para optar al título deIngeniero Mecánico.
Sartenejas, Abril de 2011
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UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVARDECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES
COORDINACIÓN DE MECÁNICA
ELABORACIÓN DE GUÍAS DE DISEÑO PARA EL TRAZADO DE TUBERÍAS DETRANSPORTE DE HIDROCARBUROS
Por:Leopoldo Andrés Colomés Dvorak
Realizado con la asesoría de:Tutor Académico: Ing. Orlando Pelliccioni
Tutor Industrial: Ing. Franklin Cook
INFORME DE PASANTÍAPresentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar
como requisito parcial para optar al título deIngeniero Mecánico
Sartenejas, Abril de 2011
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UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVARDECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES
COORDINACIÓN DE MECÁNICA
Elaboración de guías de diseño para el trazado de tuberías de transporte de hidrocarburos
INFORME DE PASANTÍA presentado por:Leopoldo Andrés Colomés Dvorak
REALIZADO CON LA ASESORÍA DE:
Tutor Académico: Ing. Orlando PelliccioniTutor Industrial: Ing. Franklin Cook
RESUMEN
El proyecto de pasantía consistió en la generación de la documentación carente en EmpresasY&V para la asistencia en el diseño de sistemas de Pipelines y Tubería Trazada o Encamisadacon vapor, el desarrollo de estos documentos se realizó en y para ser implementados en eldepartamento de Tubería, con la finalidad de obtener procedimientos prácticos y estandarizadosaplicados a la ejecución del diseño mecánico de dichos tópicos en Proyectos de Ingeniería de
Empresas Y&V. Este proyecto se desarrolló con base en un estudio teórico y práctico sobre lasnormativas vigentes y aplicables, proyectos existentes y documentación general, a partir de esta base de datos se produjo la formación de criterios de diseño y síntesis de información para lageneración de las guías de diseño, simultáneamente se siguió el plan de internacionalización quese encuentra implementando Empresas Y&V, por medio de la presentación de la informacióndesarrollada en dos versiones; español e inglés. Adicionalmente se realizó la implementación delos criterios desarrollados durante la elaboración de las guías, esto se realizó a través de lageneración del diseño de un sistema de tubería para un proyecto en ejecución en la empresa conel fin de implementar las etapas para las que los documentos fueron diseñados. Todas lasactividades anteriormente mencionadas fueron sometidas a revisiones continuas de Ingenieros dela empresa, y fueron elaboradas en sintonía con el Sistema de Gestión de Calidad de la Empresa,
en conformidad con los requerimientos de la Norma COVENIN ISO 9001:2008.PALABRAS CLAVE
Pipelines, Tubería Trazada o Encamisada con vapor, diseño mecánico, guía de diseño, Gestión deCalidad, ISO 9001:2008.
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DEDICATORIA
CARPE DIEM.
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AGRADECIMIENTOS
A mi madre por amarme, apoyarme y motivarme sin importar las condiciones, eres mi ejemploy motivación, una ejemplar guerrera de la paz. A mi padre por mantener como norte la vida
honrada de estudios y trabajo.
A las mujeres en mi vida, Andrea Pérez, Astrid Guerreo, Julieta Arnau, y Orianna Dos Ramos
por darme amor, apoyo, madurez y sobre todo siempre cuestionarme de manera constructiva para
ayudarme a crecer sin abandonarme en el camino.
A mis hermanos, Enrique y Alejandro, a mis amigos Miguel Dvorak, Gustavo Contreras,
Alejandro Menéndez, Luis Ortiz, Diego Hernández, Héctor Guilate, Carlos Morillo y Freddy
Arias por acompañarme a cultivar la fraternidad que tanto aprecio en mi vida y llevaré como
bandera por los caminos que recorra.
A la Universidad Simón Bolívar por permitirme desarrollarme personal y académicamente en su
entorno inspirador, eficiente y honrado y a mi tutor Orlando Pelliccioni por guiarme con miras a
la excelencia y hacer siempre un llamado a la paz en tiempos de polémica.
A todos gracias por ser parte integral de mi persona y ser parte del corazón que aún le da
esperanzas a este planeta, sin ustedes no hubiese podido lograrlo.
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ÍNDICE GENERAL
ÍNDICE GENERAL ...................................................................................................................... viiÍNDICE DE TABLAS ..................................................................................................................... x
ÍNDICE DE FIGURAS .................................................................................................................. xi
LISTA DE SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS............................................................................. xii
INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................... 1
Objetivo general……………………………………………………………………………………………2
Objetivos específicos………………………………………………………………………………………2
CAPÍTULO 1 DESCRIPSIÓN DE LA EMPRESA...................................................................... 4
1.1 Presentación de la empresa ............................................................................................... 4
1.2 Propósito medular ............................................................................................................. 5
1.3 Estructura Organizacional. ................................................................................................ 5
1.4 Departamento de tuberías ................................................................................................. 6
1.5 Ubicación de las Oficinas. ................................................................................................ 7
CAPÍTULO 2 MARCO TEÓRICO .............................................................................................. 8
2.1 Lineamientos principales de la Empresas Y&V ............................................................... 8
2.1.1 Política de calidad ......................................................................................................... 8
2.1.2 Política de Seguridad, Higiene y Ambiente. ................................................................. 8
2.1.3 Guía de diseño ............................................................................................................... 9
2.2 Tópicos a desarrollar ....................................................................................................... 102.2.1 Pipelines ...................................................................................................................... 10
2.2.2 Trazado de tuberías con vapor .................................................................................... 11
2.2.3 Encamisado de tuberías con vapor .............................................................................. 11
2.3 Principales normas consultadas y sus emisores .............................................................. 12
2.3.1 ASME .......................................................................................................................... 12
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2.3.2 ASTM .......................................................................................................................... 12
2.3.3 ANSI............................................................................................................................ 13
2.3.4 PDVSA ........................................................................................................................ 13
2.4 Software implementado para el diseño ........................................................................... 14
2.4.1 PDS.............................................................................................................................. 142.4.2 MICROSTATION ....................................................................................................... 14
2.4.3 AUTOCAD ................................................................................................................. 15
CAPÍTULO 3 METODOLOGÍA ................................................................................................ 16
3.1 Lineamientos de la empresa y diagnósticos .................................................................... 16
3.2 Bases del diseño .............................................................................................................. 17
3.3 Guía para el Diseño de Pipelines .................................................................................... 193.3.1 Descripción.................................................................................................................. 19
3.3.2 Condiciones y criterios ................................................................................................ 20
3.3.3 Producto ...................................................................................................................... 25
3.3.4 Evaluación argumentativa ........................................................................................... 26
3.3.5 Evaluación propositiva ................................................................................................ 27
3.4 Trazado y Encamisado con vapor ................................................................................... 28
3.5 Guía de diseño para tubería trazada con vapor ............................................................... 28
3.5.1 Descripción.................................................................................................................. 28
3.5.2 Condiciones y criterios ................................................................................................ 30
3.5.3 Producto ...................................................................................................................... 34
3.5.4 Guía de diseño para tubería encamisada con vapor .................................................... 34
3.5.5 Condiciones y criterios ................................................................................................ 34
3.5.6 Producto. ..................................................................................................................... 37
3.5.7 Evaluación argumentativa ........................................................................................... 37
3.5.8 Evaluación propositiva ................................................................................................ 38
3.6 Traducción y actualización ............................................................................................. 39
3.7 Implementación de las guías de diseño ........................................................................... 40
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CAPÍTULO 4 RESULTADOS Y DISCUSIÓN ......................................................................... 42
4.1 Recopilación, documentación y diagnóstico................................................................... 42
4.2 Guía de diseño para pipelines ........................................................................................ 43
4.2.1 Evaluación ................................................................................................................... 44
4.3 Guía de diseño para tubería trazada con vapor ............................................................... 474.3.1 Bases y criterios .......................................................................................................... 47
4.3.2 Estructura de contenido, su desarrollo y evolución..................................................... 48
4.3.3 Realización de la “Guía de diseño para Tubería Encamisada con vapor” .................. 49
4.3.4 Evaluación ................................................................................................................... 49
4.4 Resultados generales ....................................................................................................... 52
4.4.1 Traducción ................................................................................................................... 52
4.4.2 Implementación ........................................................................................................... 53
CONCLUSIONES ......................................................................................................................... 60
RECOMENDACIONES ............................................................................................................... 62
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................................................... 63
APÉNDICE A................................................................................................................................ 65
APÉNDICE B ................................................................................................................................ 70
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ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 3.1. Bases del diseño de tuberías ...................................................................................................... 18
Tabla 4.1. Estructura final para la “Guía de diseño para pipelines”............................................................ 44
Tabla 4.2. Resultados obtenidos – Evaluación argumentativa .................................................................... 45
Tabla 4.3. Evaluación propositiva 1 – Ing. Inexpertos ............................................................................... 46
Tabla 4.4. Evaluación propositiva 1 – Ing. Expertos .................................................................................. 47
Tabla 4.5. Estructura final “Guía de diseño de tubería trazada con vapor”................................................. 48
Tabla 4.6. Estructura final “Guía de diseño de tubería encamisada con vapor”.......................................... 49
Tabla 4.7. Resultados obtenidos – Evaluación argumentativa 2 ................................................................. 50
Tabla 4.8. Evaluación propositiva 2 – Ing. Inexpertos ............................................................................... 51
Tabla 4.9. Evaluación de las guías 2 – Ing. Expertos ................................................................................. 52
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ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1.1. Estructura Organizacional. ......................................................................................................... 6
Figura 4.1. Boceto propuesto ..................................................................................................................... 53
Figura 4.2. Modelado 1 .............................................................................................................................. 55
Figura 4.3. Modelado 2 .............................................................................................................................. 55
Figura 4.4. Modelado 3 .............................................................................................................................. 56
Figura 4.5. Nivel superior del sistema ........................................................................................................ 57
Figura 4.6. Nivel inferior del sistema ......................................................................................................... 58
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LISTA DE SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS
2D: Dos dimensiones
3D: Tres dimensiones
ANSI: American National Standard Institute (Instituto Nacional de Estándares
Americanos).
API: American Petroleum Institute (Instituto Americano de Petróleo).
ASME: American Society of Mechanical Engineers (Sociedad Americana de
Ingenieros Mecánicos).
ASTM: American Society for Testing Materials. (Sociedad Americana de Prueba
de Materiales).
CAD: Computer Aided Design (Diseño asistido por ordenador)
CAE: Computer Aided Engineering (Ingeniería asistida por ordenador)
COVENIN: Comité Venezolano de Normas Industriales.
DGN: Design (Diseño)
DWG: Drawing (Dibujo)
EPC: Energy Performance Certificates (Certificados de desempeño de energía)
FONDONORMA: Fondo de Normalización y Certificación de Calidad.
IPC: Ingeniería, Procura y Construcción
ISA: Sociedad Americana de Instrumentos
ISO: Organización Internacional de Normalización.
PDS: Piping designer software (software para el diseño de tuberías)
PDVSA: Petróleos De Venezuela Sociedad Anónima.
SGC: Sistema de Gestión de la Calidad
Y&V: EmpresasY&V.
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INTRODUCCIÓN
En los campos manejados por la ingeniería la innovación y superación son insignias quecaracterizan a los pioneros en cualquier disciplina, de esta manera se impulsa el progreso y
crecimiento de las grandes compañías. En los países productores de petróleo como
Venezuela, el desarrollo de complejos petroquímicos y plantas de generación de energía a
base de hidrocarburos es incesante, el crecimiento en capacidad y la innovación tecnológica
son aspectos obligatorios para satisfacer las necesidades de un país en crecimiento, por esta
razón la existencia de corporaciones que desarrollen de forma integral proyectos de
ingeniería en este campo es vital en el surgimiento como nación, estas corporaciones tienen
la responsabilidad de innovarse y expandir su campo de aplicación de manera cónsona con
las necesidades de la industria para conformar la relación simbiótica que es parte de la
fórmula que determina el progreso.
EMPRESAS Y&V es una corporación que amplía su campo de aplicación en proyectos
ingenieriles a medida que se desarrolla como empresa, desde sus inicios hasta la actualidad
el desarrollo de proyectos referentes a pipelines y trazado con vapor se encuentra fuera de
su campo de aplicación, la falta de desarrollo de estos tópicos, debido al enfoque en otras
especialidades, le ha impedido llevar a cabo proyectos complementarios en su campo de
aplicación referentes a estos temas, la creciente aparición ofertas de este tipo de proyectos
ha aumentado considerablemente en los últimos años, por esta razón EMPRESAS Y&V
decide desarrollar la capacidad de implementar proyectos de sistemas de pipelines y tubería
trazada con vapor con el fin de expandir su alcance ingenieril, de esta manera se crean una
serie de necesidades y requerimientos que es mandatorio cumplir para lograr este cometido,
una de estas necesidades es generar la documentación propia necesaria para desarrollar los proyectos de forma coordinada bajo normativa, entre estos documentos figura como
principal en el proceso de diseño las nombradas por la empresa guías de diseño, para el
caso particular, guía de diseño para pipelines y guía de diseño para tubería trazada con
vapor.
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EMPRESAS Y&V se rige por una serie de normas nacionales e internacionales y
lineamientos de calidad internos, estos lineamientos vienen dados por la norma
internacional COVENIN-ISO 9001:2008 y el Manual de Gestión de calidad de la empresa,
por esta razón lo aspectos relevantes de estos documentos junto con la normativa referente
a los tópicos de pipelines y trazado con vapor deben ser unificados de manera funcional endocumentos para la ejecución de proyectos, esto se hace con la intención de dirigir las
acciones de todos los integrantes de la empresa, de manera de lograr un funcionamiento
óptimo y de calidad garantizada.
Los sistemas de Pipelines y Tubería Trazada son de alta complejidad y de su óptimo
diseño depende la ejecución de proyectos y su posterior funcionamiento, es por esta razón
que su etapa de diseño debe ser correctamente asesorada y monitoreada por la presencia de
los documentos normativos. Por esta razón se trabajó en el desarrollo de un procedimiento
estandarizado para futuros proyectos en el área mencionada a ser implementados dentro de
Empresas Y&V.
Objetivos
Objetivo general
En este orden de ideas se crea un objetivo general cuyo cumplimiento satisface la
necesidad de la documentación carente en los tópicos mencionados, de forma concreta
este objetivo consiste en la elaboración de guías de diseño referidas al trazado de
tuberías de transporte de hidrocarburos y sistemas de calefacción asociados, basadas en
normativas nacionales, internacionales y lineamientos corporativos de la empresa
consultora de Ingeniería y Construcción Y&V.
Objetivos específicosEl cumplimiento de este objetivo acarrea una seria de fases que desglosan en un
sentido lógico y estructurado al objetivo general, estas fases sea caracterizan por
plantearse como objetivos específicos, cuyo cumplimiento es vital para el desarrollo
integral de los documentos, estos objetivos se plantean en el siguiente orden:
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Recopilar documentos, normas y criterios sobre los tópicos a tratar y afines a
los mismos.
Elaborar diagnósticos sobre necesidades, carencias y fortalezas con respecto a
la documentación en el departamento de tuberías de Y&V.
Elaborar las guías de diseño correspondientes a los tópicos a desarrollar. Elaborar e implementar un sistema de evaluación integral para las guías de
diseño desarrolladas.
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1 CAPÍTULO 1
DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA
1.1 Presentación de la empresa
Empresas Y&V es una corporación de servicios, venezolana, orientada al desarrollo de
proyectos de inversión en las áreas de ingeniería, construcción, operación, mantenimiento y
gestión ambiental para los sectores públicos y privados desde 1985.
Actualmente Empresas Y&V se subdivide en 4 empresas autónomas que abarcan todos y
cada uno de los aspectos para el desarrollo de la ingeniería y ejecución de proyectos, tales
como son Y&V Ingeniería y Construcción, Y&V Construcción y Montaje, Y&V Operación
y Mantenimiento y Y&V Eco Proyectos. Todas estas empresas comparten las mismas
políticas de Recursos Humanos y en las áreas administrativas y financieras, pero son
autónomas para el manejo de la estructura de costos y la toma de decisiones.
Y&V Construcción y Montaje: Actúa como contratista general en la ejecución de
obras de ingeniería, y cuenta con una capacidad técnico-financiera para acometer
obras mayores a 1.500.000 horas hombre/año.
Y&V Operación y Mantenimiento: Presta servicio técnico y gerencial,
especialmente en la operación y mantenimiento de plantas en los sectores de petróleo
y gas, petroquímico e industrial.
Y&V Ecoproyectos: Diseña y desarrolla soluciones en el área de ambiente,
fundamentalmente para los sectores de petróleo y gas, petroquímico e industrial.
Surge por iniciativa de un grupo de profesionales de las áreas de ecología en
ingeniería ambiental, con el objetivo de desarrollar soluciones orientadas alcrecimiento de las empresas industriales y de servicios, debido a las necesidades
existentes en materia ambiental.
Y&V Ingeniería y Construcción: Ofrece sus servicios en diseño y desarrollo de
soluciones en el área de ingeniería de consulta y construcción para los sectores de
petróleo y gas, petroquímica, industrial e infraestructura.
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1.2 Propósito medular
El propósito medular de Empresas Y&V es “Ser proveedor de clase mundial de servicios
integrales de ingeniería, construcción, fabricación, operación y mantenimiento, reconocidos
en los mercados que servimos por los excelentes niveles de cumplimiento, confiabilidad,
calidad, compromiso y alineación de capacidades con los requerimientos de nuestros
clientes”.
1.3 Estructura Organizacional.
La estructura organizacional actual de la empresa muestra las responsabilidades y
autoridades del personal de Y&V Ingeniería y Construcción, descritas en el manual de
organización y políticas de la misma y en el organigrama se muestra en la Figura 1.1. Es
importante resaltar que la Gerencia del Departamento de Mecánica, al cual pertenece lagerencia de tuberías en el cual se desarrollo la pasantía, está bajo la dependencia de la Vice
- Presidencia de Ingeniería.
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Figura 1.1. Estructura Organizacional.
1.4 Departamento de tuberías
El proyecto de pasantía realizado fue llevado a cabo en el departamento de tubería de
Empresas Y&V Ingeniería y Construcción, este departamento está liderado por el Ing.
Franklin Cook quien ocupa el cargo de gerente del departamento y para el caso particular
de este proyecto funge como tutor industrial. Franklin Cook es un reconocido ingeniero
mecánico en el área de sistemas de tubería, su formación académica y profesional lo
convierten en uno de los gerentes más experimentados de la empresa, los lineamientos
generales en aplicaciones de tuberías a nivel industrial se imparten en Empresas Y&V por
medio de un documento de su autoría llamado “Curso de diseño de tuberías industriales”
(Franklin Cook, 2004).
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El departamento de tuberías se encarga de manejar proyectos en ingeniería de consulta y
construcción para los sectores de petróleo y gas, petroquímica, industrial e infraestructura,
esto es realizado en conjunto con los otros departamentos de ingeniería de la empresa. La
ejecución de este tipo de proyectos acarrea todo diseño y calculo implicado en las tres
etapas básicas de la ingeniería, esto contempla todo el proceso desde las necesidades delcliente hasta la puesta en marcha de las instalaciones requeridas.
Esta pasantía se realizó enfocada en la fase de diseño ejecutada en este departamento y es
llevado a cabo bajo la tutela de los ingenieros Franklin Cook y Elvirana Hopkins en
conjunto con los ingenieros de proyecto que laboran en el mismo, este equipo representa el
grupo responsable del diseño mecánico y todo lo que implica este proceso en los proyectos
en ejecución.
1.5
Ubicación de las Oficinas.
Empresas Y&V Ingeniería y Construcción cuenta con varias oficinas a nivel nacional, de
manera de tener una mayor cobertura a cada uno de los proyectos que se desarrollan en las
distintas regiones del país. Todas las oficinas cuentas con una red de alta tecnología que les
permite mantener un flujo continuo de información y comunicación entre sí.
La sede principal de Empresas Y&V se ubica en el Edificio Panaven, Avenida Don Bosco,
cruce con Tercera Transversal, Altamira. En estas instalaciones se encuentra el centro
operacional del departamento de tubería de la empresa que es el lugar en donde se llevo a
cabo el proyecto de pasantía.
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2 CAPÍTULO 2
MARCO TEÓRICO
2.1
Lineamientos principales de la Empresas Y&V
Empresas Y&V se rige por un conjunto de normativas que ayudan a garantizar la correcta
ejecución de tareas dentro de la empresa. La generación de documentos para la ingeniería
como Especificaciones, Manuales y Guías de diseño es una de las actividades más
delicadas debido a su influencia en el desarrollo de proyectos, por esta razón existen
principios dentro de la empresas que velan por el correcto desarrollo de los mismos. Los
principales son:
2.1.1
Política de calidad
Empresas Y&V cuenta con un Sistema de Gestión de la Calidad basado en los
requisitos de la norma ISO 9001:2008 (COVENIN-ISO 9001:2008) y en los
principios de la gestión de la calidad de la norma ISO 9000:2005. La política de
calidad de la empresa es: “Satisfacer los requerimientos y expectativas de nuestros
clientes, mediante servicios de Ingeniería y Construcción adecuados, Confiables y
Oportunos, basados en:
Procesos Normalizados.
Un sistema de mejoramiento continuo.
Compromiso de su personal con calidad”. (Arenas, 2010)
Y&V Ingeniería y Construcción posee desde 1999 la Certificación ISO 9001
otorgada por FONDONORMA e IQNet en la línea de “Servicios de Ingeniería
conceptual, básica y detalle, procura y construcción”. (COVENIN-ISO 9001:2008)
2.1.2 Política de Seguridad, Higiene y Ambiente.
Empresas Y&V posee un Sistema de Gestión de Seguridad “SGS”, Higiene y
Ambiente, bajo los criterios de la norma OHSAS 18001, por medio del cual se
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gestionan todos los mecanismos de control para la reducción de riesgos
ocupacionales, ambientales y operacionales. Asimismo este sistema “SGS” cumple
con las pautas establecidas por la norma ISO 14001 y por las leyes, normas y
reglamentos de cada uno de los países en donde opera la empresa. (Gerencia de
Calidad y Seguridad, Higiene y Ambiente, 2005)
La política de Seguridad, Higiene y Ambiente de la empresa es “Prestar servicios
de Ingeniería y Construcción proporcionando condiciones adecuadas de trabajo, que
preserven la salud e integridad de los trabajadores, bienes e intereses de la empresa,
así como a terceros y el medio ambiente. Estos servicios y condiciones se basan en:
La prevención de riesgos laborales e Impactos ambientales en forma sistemática.
El cumplimiento de las leyes, los requisitos y los compromisos suscritos por la
empresa.
La mejora continua en el desempeño en materia de seguridad, salud ocupacional y
ambiente.
2.1.3 Guía de diseño
Dentro del marco de las normativas, una vez mencionadas las dos políticas más
importantes, es primordial presentar la definición de “Guía de Diseño”
proporcionada por el departamento de calidad de Empresas Y&V. (Gerencia de
Calidad y Seguridad, Higiene y Ambiente, 2005)
Debido a que este tipo de documento es desarrollado en cualquier departamento de
ingeniería de la empresa, la definición otorgada en de carácter genérico y hace
especial énfasis en los cuerpos principales a desarrollar y el formato físico en el que
se despliegan. De él se estipula que el contenido debe desarrollarse dentro delmarco de las siguientes secciones:
Objetivos: Estos definen de manera concisa el propósito del documento.
Alcance: Establece de forma clara los límites de ejecución del documento.
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Contenido: El contenido presenta la información necesaria para establecer los
lineamientos de cualquier proceso de diseño, estos deben permanecer bajo la
normativa aplicable en cada uno de sus aspectos, adicionalmente puede incluirse
información complementaria que apoye la formación de un criterio de diseño.
Nomenclatura: Consiste en la enumeración y definición de la totalidad de los parámetros utilizados en el desarrollo del documento.
Definiciones: Reúne las definiciones concisas de los términos claves bajo los
cuales se apoya el documento.
Normas y códigos: Reúne las normas y códigos en los cuales se basa el
documento.
Documentos de referencia: Reúne la totalidad de los documentos bajos los cuales
se apoya la guía de diseño.
El formato de este documento es proporcionado con todas sus fuentes y
especificaciones métricas definidas, el modelo de la guía de diseño es anexado en el
Apéndice B para consultas.
2.2
Tópicos a desarrollar
El proyecto de pasantía contiene como uno de sus objetivos principales la generación de
las guías de diseño para sistemas de tuberías (pipeline), trazado de tuberías con vapor y
como extensión de esta última la correspondiente al encamisado de tuberías con vapor.
Estos tópicos se definen de la siguiente forma:
2.2.1 Pipelines
Se denomina pipeline a la tubería metálica e instalaciones conexas implementadas
para el transporte a lo largo de grandes distancias de un hidrocarburo en estado
líquido o gaseoso, desde la fuente de suministro hasta su centro de procesamiento,almacenamiento o transporte. (Antanki, 2003)
Los pipelines adquieren su denominación específica al determinarse el tipo de
contenido que va a transportar, resultando tres clasificaciones posibles: Oleoducto,
gasoducto y poliducto. Estos representan una de las formas más económicas y
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eficientes de transportar hidrocarburos, debido a su gran capacidad de manejo de
caudal y la versatilidad que otorgan el poder ser instalados en condiciones
submarinas y sobre la superficie del suelo en casi cualquier condición, cumpliendo
siempre con los lineamientos establecidos. (Antanki, 2003)
Las clasificaciones de pipeline mencionadas son determinadas por el contenido
que transportan y se distribuyen de la siguiente manera.
Oleoducto: Petróleo y sus derivados con la excepción del gas natural y
biobutanol.
Gasoducto: Gases combustibles.
Poliductos: Diversos hidrocarburos transportados entre estaciones intermedias
ubicadas a lo largo de la ruta.
2.2.2 Trazado de tuberías con vapor
El trazado con vapor es una técnica utilizada por sistemas de calefacción para
tuberías que, mediante el acompañamiento con un tubo de menor diámetro y un
conjunto de dispositivos complementarios, usa vapor a cierta temperatura y presión
como fuente de calor, de esta forma se vale de la transferencia de calor por
conducción para mantener las condiciones deseadas en el sistema de tuberías, estesistema tiene por finalidad mantener la viscosidad del fluido en valores en los cuales
sea posible movilizarlo, evitar su solidificación en caso de detención del flujo por
bloqueo de la línea o parada de la planta, mantener una temperatura requerida por
procesos o prevenir la condensación de algún gas. (Técnicas Reunidas S.A., 1998)
2.2.3 Encamisado de tuberías con vapor
El encamisado de tuberías es una técnica utilizada por sistemas de calefacción queconsiste en el recubrimiento total de un sistema de tuberías y sus equipos mediante
una carcasa metálica, esta es distanciada según sea el caso de las paredes de la
tubería y sus componentes de manera de crear una cavidad herméticamente cerrada,
a través de esta cavidad, gracias a un conjunto de equipos para la distribución de
vapor que conforman el encamisado, circula vapor a altas temperaturas y a
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presiones determinadas, este proceso se lleva a cabo con la finalidad de mantener la
viscosidad del fluido en las tuberías en valores en los cuales sea posible movilizarlo,
evitar su solidificación en caso de detención del flujo por bloqueo de la línea o
parada de la planta, mantener una temperatura requerida por procesos o prevenir la
condensación de algún gas. (Técnicas Reunidas S.A., 1998)
2.3
Principales normas consultadas y sus emisores
La elaboración de las guías de diseño para cada tópico requiere del respaldo de normas
mundialmente aceptadas, esto es necesario para el desarrollo de proyectos bajo métodos
estandarizados y comprobados por sus emisores, de esta forma se garantiza la integridad de
los proyectos desde todos los ámbitos.
2.3.1
ASME
ASME (Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos) es una asociación
profesional, cuyo principal desempeño se basa en la generación de un código de
diseño, construcción, inspección y pruebas para equipos, entre otros.
(http://www.asme.org, 2011)
ASME mantiene y distribuye códigos y normas para el diseño, manufactura e
instalaciones de aparatos y mecanismos desde su creación en 1980. Los documentos
de ASME pueden ser adquiridos a través de su portal electrónico.
Las normas proporcionadas por ASME cubren los temas referentes y asociados a
todas las disciplinas de ingeniería, estas son aplicadas desde el rango académico
hasta el profesional en cualquiera de las disciplinas en las que se especializa y
representan lineamientos aceptados en innumerables industrias como principal
referencia, como es el caso de ciertos departamentos en EMPRESAS Y&V.
2.3.2
ASTM
ASTM ( American Society for Testing and Materials) es una organización sin fines
de lucro, que brinda un foro para el desarrollo y publicación de normas voluntarias
http://www.asme.org/http://www.asme.org/
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por consenso, aplicables a los materiales, productos, sistemas y servicios. Los
miembros de ASTM, que representan a productores, usuarios, consumidores, el
gobierno y el mundo académico de más de 100 países, desarrollan documentos
técnicos que son la base para la fabricación, gestión y adquisición, y para la
elaboración de códigos y regulaciones. (http://www.astm.org/, 2011)
EMPRESAS Y&V como muchas otras entidades acuden a las normas ASTM para
establecer parámetros mandatorios en la ejecución de muchos de sus proyectos.
2.3.3 ANSI
ANSI (Instituto Nacional de Normalización Estadounidense) es una organización
privada sin fines lucrativos que administra y coordina la normalización voluntaria y
las actividades relacionadas a la evaluación de conformidad en los Estados Unidos y
el mundo. ANSI es miembro activo y unos de los principales colaboradores de
la Organización Internacional para la Estandarización (ISO). (http://www.ansi.org/,
2011)
Empresas Y&V acude a las normas ANSI a modo de consulta y aplicación de
códigos con carácter mandatorio en algunas en las disciplinas que desarrolla.
2.3.4 PDVSA
PDVSA (Petróleos de Venezuela, Sociedad Anónima) es una empresa estatal
venezolana que se dedica a la explotación, producción, refinación, mercadeo y
transporte del petróleo venezolano. (www.pdvsa.com/, 2011)
La trayectoria de esta empresa data desde 1976 y su alcance es tan extenso que es
catalogada como una de principales empresas petroleras del mundo, por estas
razones innumerables normativas se han creado a lo largo de su desarrollo que se
respaldan en el contexto nacional, estas normas representan las bases y códigos de
diseño y construcción de numerosas empresas nacionales como es el caso de
EMPRESAS Y&V.
http://www.astm.org/http://es.wikipedia.org/wiki/Organizaci%C3%B3n_Internacional_para_la_Estandarizaci%C3%B3nhttp://www.astm.org/http://www.pdvsa.com/http://www.pdvsa.com/http://www.astm.org/http://es.wikipedia.org/wiki/Organizaci%C3%B3n_Internacional_para_la_Estandarizaci%C3%B3nhttp://www.astm.org/
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2.4 Software implementado para el diseño
Los documentos generados en Empresas Y&V con el fin de ser implementados en
proyectos trabajan en sintonía con programas electrónicos de cálculo y diseño. Las guías de
diseño, como su nombre lo indica, están destinadas a guiar en el proceso de diseño de un
sistema a implementar, este proceso de diseño por lo general maneja dos etapas
fundamentales que consisten en el diseño electrónico en dos y tres dimensiones, estas
etapas son asistidas por el software seleccionado por la empresa y sobre el cual tiene
licencia para manejar. Este software se conforma por:
2.4.1 PDS
PDS es una aplicación inteligente y comprensiva de diseño e ingeniería asistida
por computadora (CAD/CAE) para el diseño, construcción, y operaciones de plantas. Este programa producido y comercializado por la empresa Intergraph,
ayuda a operadores a entregar el mejor diseño posible y hacerlo más eficientemente
para reducir el costo total de instalación del proyecto. Debido a su capacidad y
compromiso con la industria, muchas firmas de ingeniería utilizan PDS como su
estándar corporativo. (http://www.intergraph.com/products/ppm/pds/default.aspx,
2011)
Los proyectos con PDS van en un rango desde pequeñas ampliaciones de plantas
hasta la construcción de plataformas marinas costa-afuera.
2.4.2 MICROSTATION
MICROSTATION es un software de diseño y dibujo electrónico en dos y tres
dimensiones creado en 1985 por la empresa Bentley Systems. Este programa trabaja
con el sistema operativo de Microsoft con la generación de archivos tipo DGN con
compatibilidad DWG.MICROSTATION es usado a nivel mundial por numerosas ramas de la ingeniería,
en cálculo y en diseño, su aplicación va desde los proyectos de menor escala en
empresas pequeñas hasta escalas muy elevadas como puede ser la construcción de
una planta de generación eléctrica o refinerías. (http://www.bentley.com/en-
US/Products/MicroStation/)
http://www.intergraph.com/products/ppm/pds/default.aspxhttp://www.bentley.com/en-US/Products/MicroStation/http://www.bentley.com/en-US/Products/MicroStation/http://www.bentley.com/en-US/Products/MicroStation/http://www.bentley.com/en-US/Products/MicroStation/http://www.intergraph.com/products/ppm/pds/default.aspx
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2.4.3 AUTOCAD
AUTOCAD es un software del tipo CAD creado y comercializado por Autodesk
desde 1982. Es utilizado principalmente para dibujo en dos y tres dimensiones.Adicionalmente, el software incorpora varios recursos para la visualización en
diversos formatos. Es ampliamente utilizado en arquitectura, diseño de interiores,
ingeniería mecánica y en varios otros ramos de la industria. AutoCAD es un
programa (software), que encuadra en el concepto de tecnología CAD es utilizado
mundialmente para la creación de diseños en computadora.
(http://usa.autodesk.com/autocad/)
http://usa.autodesk.com/autocad/http://usa.autodesk.com/autocad/
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3 CAPÍTULO 3
METODOLOGÍA
Este capítulo contempla la descripción de la metodología seguida durante el desarrollo del
proyecto para la elaboración e implementación de las guías de diseño desarrolladas, de
manera que esta información pueda representar una guía en la futura elaboración de
proyectos similares.
Es importante mencionar que a pesar de existir un procedimiento secuencial, cada fase y
las etapas de las mismas están interrelacionadas en procesos de retroalimentación que
permitieron la evolución de cada fase. Adicionalmente el proceso contó con la tutoría yevaluación permanente de especialistas del departamento de tuberías de Empresas Y&V,
que garantizaron la compresión de cada elemento que conforma la base de conocimientos y
la validez del producto elaborado.
Para explicar la metodología aplicada en el seguimiento de esta estructura se presentan a
continuación las descripciones empleadas en cada fase:
3.1 Lineamientos de la empresa y diagnósticos
El inicio de la elaboración de la guía fue marcado por la comprensión y establecimiento
de los lineamientos de la empresa, para esto se realizó un estudio sobre los principios
adoptados para la realización de proyectos en la empresa, esto se realizó para determinar
específicamente en qué fase de este proceso se realiza la implementación de las guías de
diseño y bajo qué concepto. Además se analizaron los lineamientos estipulados por el
departamento de calidad para obtener las bases de estructura y formato que debe tener un
documento elaborado e implementado en la empresa según lo estipulan sus estándares de
calidad.
Se obtuvo información de la documentación de la empresa y los ingenieros de proyecto
entrevistados sobre el proceso que rige la elaboración de proyectos en la empresa conocido
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como “Ingeniería, Procura y Construcción (IPC)” y se determinó que la implementación de
las guías de diseño se lleva a cabo en las etapas de ingeniería básica y de detalle
pertenecientes a la fase de ingeniería y adicionalmente representan también el documento
base para el diseño en la elaboración de ofertas de proyectos.
Los lineamientos de calidad de la empresa limitan la elaboración del documento bajo los
estándares de las organizaciones “Fondonorma” y la “Organización Internacional para la
Estandarización”. Estos proporcionan una definición clara de “Guía de diseño” y mediante
sus lineamientos se obtuvo de la empresa una plantilla que dicta el formato a seguir en este
tipo de documentos.
El proceso de elaboración de las guías de diseño debía llevarse a cabo en el departamento
de tuberías bajo las especificaciones planteadas, el gerente de este departamento, el Ing.:
Franklin Cook, en coordinación con los ingenieros de proyecto a su cargo establecieron las
carencias más urgentes en documentación, de esta manera, mediante el establecimiento de
prioridades, se asignó a este proyecto de pasantía el desarrollo de las guías de diseño
correspondientes a los temas de “Pipelines” y “Trazado y encamisado de tuberías con
vapor”.
3.2
Bases del diseño
Esta sección es común para la realización de las guías, las cuales en su descripción serán
divididas en “Guía para el diseño de pipelines”, “Guía de diseño de tuberías trazadas con
vapor” y “Guía de diseño para tubería encamisadas con vapor”. La sección se basa en la
preparación inicial que debe tener un ingeniero que se desempeñe en cualquiera de las fases
asociadas al diseño de un sistema de tuberías. Las lecturas realizadas aportan los criterios
generales que rigen para EMPRESAS Y&V, los principales textos manejados fueron losmostrados en la Tabla 3.1.
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Tabla 3.1. Bases del diseño de tuberías
Fuente Referencia
Dibujo y diseño de tuberías industriales (Alvares, 2008)Curso de tuberías para plantas de procesos (TÉCNICAS REUNIDAS,2006)
Curso de tuberías (Cook, 2004)
Con el uso de esta información fue posible definir el perfil del usuario de las guías
de diseño a desarrollar. Los documentos fueron diseñados para ser consultados por
ingenieros de proyecto del departamento de tuberías de Y&V, este usuario tiene
como perfil el de un ingeniero con considerable experiencia en el departamento con
la capacidad de diseñar bajo los estándares de la empresa. Esto implica que debe
manejar el conocimiento elemental en el diseño de sistemas de tuberías bajo las
normas aplicables, estas bases, según los cursos de tuberías mostrados en la Tabla 1,se resumen en:
Características de las
tuberías
Dimensiones
Presión
Caudales Energía
Materiales
Fabricación
Accesorios para las
tuberías.
Simbología de tuberías y
accesorios.
Uso de válvulas
Filtros y purgadores
Sistemas calefacción para
tuberías.
Mantenimiento.
Inspección y pruebas.
Aislamiento térmico para
tuberías y equipos.
Reglas y documentación para el diseño de
isométricos.
Generación de planos
para la implantación de
equipos y tuberías.
Diagramas de flujo y su
contenido
Equipos rotativos
Equipos estáticos
Instrumentación.
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En base a esta información se procedió a elaborar las guías de diseño según la
siguiente descripción.
3.3
Guía para el Diseño de Pipelines
3.3.1 Descripción
Para la realización de la guía de diseño se debió tomar en cuenta que su desarrollo
e implementación estaba destinado al departamento de tuberías de Empresas Y&V,
esto implica que según las labores que en este departamento se llevaban a cabo se
determinó el contenido de la misma, de esta manera se contempló que el documento
debía abarcar todos los aspectos de diseño y los cálculos que implica un sistema de
pipeline en el procedimiento de diseño con ciertas excepciones, en este tópico las
consideraciones y cálculos relacionados con equipos estáticos y rotativos, las
implicaciones del golpe de ariete y cálculos de flexibilidad correspondían a otros
departamentos, lo que implica que solo su mención seria incluida en la guía.
Los estándares de la empresa limitan y establecen ciertos parámetros restrictivos,
por una parte la certificación COVENIN-ISO 9000:2008 establece el formato y la
función del documento, las normas OHSAS 18001 e ISO 14001, gestionan todos
los mecanismos de control para la reducción de riesgos ocupacionales, ambientales
y operacionales del país de aplicación, los parámetros manejados por la empresa,
estipulan que las normativas permitidas no interfieran con los estándares manejados
por ASME, cualquier fuente adicional utilizada debía cumplir estos parámetros. Por
esta razón los pilares en la elaboración de esta guía vienen dados por las normas
ASME B31.4 y ASME B31.8.
Una vez definida esta información se implementaron los parámetros que
establecieron la definición conceptual de la guía, esto se realizó con asistencia de la
Ing. Elvirana Hopkins con base en las necesidades del departamento y las
limitaciones de la guía, estos parámetros fueron los objetivos y el alcance de la guía.
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Los objetivos definieron al documento como una guía de diseño recopilatoria de
recomendaciones, normas y lineamientos básicos para la orientación y consulta en
el proceso de diseño de Pipelines.
El alcance del documento fue establecido en cómo definir los principiosfundamentales y lineamientos generales para el diseño de Pipelines con la función
de transportar hidrocarburos líquidos o gaseosos con la mayor seguridad, eficiencia
y economía posible, considerando la diversidad de condiciones factibles para
sistemas, ya sean superficiales o subterráneos.
3.3.2 Condiciones y criterios
Mediante estos parámetros se determinó que el desarrollo de la guía de diseño para pipeline debía incluir fundamentalmente, tanto para transporte de hidrocarburos
líquidos como gaseosos, las siguientes consideraciones y criterios:
Las consideraciones básicas son parte de la filosofía de trabajo de Empresas Y&V
y fueron suministradas por el departamento de ingeniería, estas se adaptaron al
tópico de Pipelines de la siguiente forma:
Seguridad: Garantizar la seguridad de quienes intervengan en el proceso de
construcción, operación y mantenimiento del sistema, y que éste no perjudique a
terceros durante su operación, ni en el caso de producirse una falla.
Ambiente: Todas las operaciones relacionadas con el proceso de construcción,
operación y mantenimiento del pipeline deben realizarse cumpliendo con las
normativas ambientales establecidas por los entes reguladores nacionales.
Control: El control de los equipos y elementos del pipeline se lleva a cabo
principalmente por medio de la instrumentación, esto se realiza con tres objetivos
principales: Regulación de equipos, medición, almacenaje y procesamiento, ello
asegura la integridad del sistema.
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Operación y Mantenimiento: Considera todos los aspectos del diseño
relacionados con los procesos de limpieza, puesta en marcha y mantenimiento de la
línea.
Constructibilidad: Para el diseño del pipeline y el establecimiento de la ruta aseguir, es necesario evaluar los aspectos económicos y de factibilidad relacionados
con la construcción del sistema.
Condiciones de diseño: Se deben estudiar a profundidad las condiciones de
diseño, estas son las características propias del fluido a transportar, como el tipo de
servicio, las condiciones de presión y temperatura de operación y el caudal. Se
deben definir los criterios para la selección de las condiciones de diseño y de
prueba, así como la selección del material y los medios de control de corrosión.
La propuesta de criterios se realizó mediante la selección de los tópicos
relacionados con el diseño de sistemas de pipelines y los afines al tema, esto se
realizó a partir del conjunto de normas aprobadas para el desarrollo de esta guía,
para esto fue de vital importancia el criterio de los ingenieros Franklin Cook y
Elvirana Hopkins, los cuales otorgaban aprobación y/o reprobación con base en su
experiencia. De esta manera el conjunto de criterios para el diseño desarrollados
para el documento fueron los siguientes:
De la serie de normas internacionales ASME B31 se seleccionaron los
documentos referidos al diseño, construcción y mantenimiento de pipelines para
hidrocarburos líquidos y gaseosos, estas normas corresponden a la B31.4 y B31.8.
La selección de estas se basó en su aceptación y validez mundial, además de ser
lineamientos aprobados para Empresas Y&V y sus clientes. (ASME B31.4 y B31.8,2001)
Los criterios para el diseño extraídos de estas normas se basaron en los cálculos y
procesos de selección más críticos del proceso de diseño.
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Presión de diseño: El sistema de tuberías y los elementes adjuntos que conforma
el pipeline deben ser diseñados de manera que resistan en cualquier punto del
sistema presiones internas mayores a la máxima presión de operación del sistema y
a la máxima presión estática. En el caso de existir presión externa, el valor crítico de
esta debe ser calculado para tomar las consideraciones con respecto aldimensionamiento y material de la tubería que aseguren la integridad física del
sistema.
Espesor de pared de tuberías: El cálculo del espesor de pared de la tubería se
realiza en función de la resistencia que ofrezca el material y a las condiciones a las
que será sometido durante su operación, tomando en cuenta los factores de
seguridad y las tolerancias determinadas por las características del sistema.
Tolerancia a la corrosión: La tolerancia de corrosión se traduce en un espesor
adicional que se añade al espesor de pared de tuberías para que el mismo se desgaste
durante la vida útil del sistema, sin afectar su capacidad de resistencia mecánica
operando a la presión de diseño.
Válvulas de bloqueo: Las válvulas de bloqueo se requieren para minimizar los
daños causados por derrames y fugas de productos y para facilitar las operaciones
de mantenimiento del sistema.
A partir de la investigación realizada sobre la documentación perteneciente a la
empresa, lo que representa la información más adecuada para aplicación interna, se
seleccionó y estudió el material de complemento para la guía, el manual de
flexibilidad y la especificación de análisis de golpe de ariete fueron utilizados como
fundamentos para el desarrollo de los tópicos que describen. (Empresas Y&Y,2010).
Flexibilidad: Los sistemas de transporte de gas deben estar diseñados de manera
que tengan suficiente flexibilidad para soportar expansiones o contracciones
térmicas que pudieran causar esfuerzos excesivos en el material.
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Golpe de ariete: En el diseño de sistemas de tuberías, el análisis de Golpe de Ariete
permite determinar el tiempo y secuencia de cierre de las válvulas, el espesor y material de
la tubería así como los dispositivos de alivio que requiera el sistema. Para sistemas de
tuberías existentes, el análisis permite evaluar las modificaciones posibles y los sistemas de
alivio requeridos. En ambos casos estas consideraciones determinan el correcto
funcionamiento del sistema al presentarse este fenómeno.
La guía de diseño desarrollada debía contener una serie de criterios tomando en
consideración el país de implementación, estos criterios debían considerar factores
como leyes, disponibilidad de materiales y normas de la industria en Venezuela,
por esta razón se tomó como base la documentación emitida por PDVSA debido a
ser históricamente una corporación líder en la industria petrolera, reconocida
emisora de normas para la industria venezolana y principal cliente de Empresas
Y&V.
Para el desarrollo del criterio de selección de materiales se consultaron las
especificaciones “Válvulas y materiales para oleoductos” y “Especificaciones
generales para la construcción de gasoductos” de PDVSA. (PDVSA, 1993, 1996).
Materiales: La correcta selección del material o los materiales a ser utilizados enun sistema de tuberías representa un elemento fundamental del diseño debido al alto
costo que significa para el sistema y para garantizar la integridad mecánica del
mismo.
La selección de la ruta para el trazado de pipelines fue un punto de especial
cuidado debido a las numerosas implicaciones que acarrea, para esto se decidió
consultar la normativa PDVSA (PDVSA, 1996) y los manuales “ Piping Systems &
Pipeline” (Ellenberger, 2005) y “ Piping and pipeline engineering ” (Antaki, 2003).
Ruteo: representa la ruta o trayectoria que sigue la tubería durante su recorrido. La
selección de la ruta adecuada es factor de alta incidencia en los costos y la
viabilidad de cualquier proyecto de pipeline. Se deben analizar aspectos de
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seguridad, impacto ambiental, permisología y relación con terceros, así como
también los factores técnicos y económicos involucrados.
Por último se decidió incluir ciertos criterios pertenecientes a las etapas
posteriores al diseño como la construcción y el mantenimiento con fuerte incidenciaen el diseño. Para el caso de los raspa-tubos, que son dispositivos de mantenimiento,
se deben considerar una serie de instalaciones para su funcionamiento, este
procedimiento no es desarrollado en normas internacionales pero es de uso
mandatorio en Venezuela, por esta razón se tomo la especificación “Trampa de
envío y recepción de raspa-tubos” de PDVSA (PDVSA, 1983).
Raspa-tubos: Se deben considerar las condiciones bajo las cuales estos
dispositivos deben funcionar para realizar inspección y mantenimientos del sistema,
esto es necesario para asegurar el correcto funcionamiento de los mismos y por lo
tanto del sistema de pipelines, esto implica el correcto dimensionamiento de las
tuberías, selección de equipos y dispositivos y el diseño e instalación de sistemas a
través de los cuales estos dispositivos son enviados y recibidos.
Para el caso de las conexiones en caliente se estudió la especificación “Guidelines
for hot–tapping ” de PDVSA (PDVSA, 1999), con el fin de integrar información de
utilidad para el usuario de la guía de diseño.
Conexiones en caliente: las conexiones en caliente son procedimientos para la
reparación o sustitución de tramos y la conexión de ramales o bifurcaciones, este
procedimiento de alto riesgo se realiza en sistemas operativos en los cuales es
necesario evitar la parada del proceso a toda costa. La ejecución de esta técnica
puede ser facilitada mediante consideraciones previstas durante la etapa de diseñodel pipeline.
Adicionalmente la guía de diseño para pipelines contó con una sección de
apéndices que soportaban los capítulos del documento con necesidad de
información complementaria, esta información contemplo los siguientes tópicos:
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Tablas para el cálculo de espesor de tubería. (ASME B31.4 y B31.8, 2001).
Criterios de diseño. (Antaki, 2003)
Trampas de envío y recepción de raspa-tubos. (PDVSA, 1983).
Parte del desarrollo de esta sección se llevó a cabo con la asistencia del software
AutoCad
De esta manera se concretó y desarrolló el contenido de esta guía de diseño. Es
importante resaltar que este proceso se realizó bajo una serie de conceptos que
pueden resumirse de la siguiente forma: El uso de esta guía de mano de ingenieros
de proyecto se realiza de manera consultiva, su implementación se lleva a cabo en
las etapas de ingeniería básica y de detalle pertenecientes a la fase de ingeniería y
adicionalmente en el proceso de diseño en la elaboración de ofertas de proyectos
dentro del departamento de tuberías de Empresas Y&V. El documento reúne las
consideraciones y criterios a tomar en cuenta en el diseño de un sistema de
pipelines, el documento orienta al diseñador en el cumplimientos de estos aspectos y
referencia la información más especifica en el caso que lo amerite, la guía de diseño
no representa por sí sola la totalidad de la información necesaria para ejecutar este
tipo de proyectos, como lo indica su nombre es una guía en los lineamientos a
seguir.
3.3.3 Producto
La primera versión de la guía de diseño para pipelines fue sometida a evaluación
por los ingenieros Hopkins y Cook, este análisis arrojó nuevos planteamientos y
prioridades entre los que destacaba la necesidad de simplificación del texto, esto se
basó en la reducción de teoría y cálculos. El uso de referencias fue aplicado
extensivamente y se logró dar un carácter más conciso al documento, esto se realizó
para hacer énfasis en su función de documento guía, sin necesidad de profundizar en
los temas presentados.
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Debido a que la elaboración de esta guía de diseño fue un proceso en parte
experimental por tratarse de un campo nuevo en la empresa, los lineamientos de las
guías a elaborar se fueron definiendo a medida que ésta fue desarrollada, debido a
esto la guía de diseño para pipelines tuvo una evolución que contempló tres
versiones hasta la obtención de un documento aprobado por los ingenieros a cargode la supervisión.
3.3.4 Evaluación argumentativa
Con el fin de evaluar el nivel de complejidad y capacidad de enseñanza de la guía
de diseño se elaboró un documento evaluador destinado a un grupo de usuarios con
un perfil determinado, es importante resaltar que este ejercicio no era parte del plan
de trabajo, se implementó únicamente para esbozar ciertas cualidades de las guías yobtener alguna referencia de su desempeño.
El grupo de usuarios se conformó de ingenieros sin experiencia con posibilidades a
ejecutar el cargo de diseñador. El documento asignado se diseñó para medir el
conocimiento de ciertos aspectos de los ingenieros en cada tópico antes y después
de consultar el material, esto se realizó mediante la entrega de una serie de
preguntas teóricas en las que los usuarios tenían la posibilidad de argumentar susrespuestas. Este ejercicio tuvo como motivo determinar si el documento expresaba
claramente sus pilares fundamentales, las preguntas se presentaron de la siguiente
forma:
1. ¿Cuáles son los códigos ASME elementales para el diseño de un sistema de
Pipelines?
2.
El cálculo de espesor de pared para gasoductos está determinado según las
clases de zonas. ¿Cuántas clasificaciones de zonas existen?
3. ¿Cuál es el espesor recomendado para un nivel de corrosión media?
4.
Mencione uno de los objetivos principales del uso de soportes en tuberías
superficiales.
5. Mencione un tipo de revestimiento para tubería enterrada.
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Las preguntas fueron diseñadas para crear una referencia sobre la capacidad de
argumentación de los usuarios antes y después de haber consultado la guía de
diseño, de esta manera se cuantificó de forma superficial la capacidad de resolución
de problemas que podían desarrollar con la ayuda del material, y adicionalmente si
lo hacían de manera correcta.
3.3.5
Evaluación propositiva
Con el fin de evaluar una serie de aspectos de la guía de diseño para pipelines se
diseñó un documento evaluador dirigido a dos grupos de usuarios, cada grupo con
un perfil profesional definido. Este documento permitió a los usuarios evaluar y
aportar opiniones constructivas sobre la guía de diseño con base en su criterio
profesional.
El primero de los grupos se conformaba de ingenieros sin experiencia con
posibilidades a ejecutar el cargo de diseñador. El segundo grupo estaba conformado
por expertos diseñadores e ingenieros de proyecto con remarcable trayectoria en
proyectos ingenieriles. El documento presentó el siguiente contenido:
1.
Siendo este el material introductorio para el proceso de diseño de PIPELINES,destinado a ingenieros de proyecto de la empresa, ¿Considera necesario un
documento o curso de preparación previa en el tema?
2. ¿El contenido abarca los temas elementales que debe tomar en cuenta una guía de
criterios de diseño para PIPELINE?
3. Otorgue un nivel de complejidad a la guía.
4. Evalúe según su criterio la calidad de los siguientes aspectos.
Estructura
Contenido
Anexos
Presentación general
5. ¿Sugeriría algún capítulo adicional que debería estar integrado? ¿Cuál?
6. ¿Considera que algún capítulo es completamente prescindible? ¿Cuál?
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7.
Asigne una calificación general a la guía que refleje su calidad.
Las preguntas de esta evaluación eran respondidas con valores numéricos del 1 al
5 o afirmativa o negativamente según fuese el caso, adicionalmente se presentó la
opción de hacer observaciones. Cabe destacar que este procedimiento no estabaespecificado en el plan de trabajo y su implementación y resultados no son
determinantes, el proceso fue llevado a cabo con la intención de permitir al usuario
contribuir con el desarrollo de la guía y evaluar la calidad de ciertos aspectos de la
guía de diseño.
3.4 Trazado y Encamisado con vapor
Las guías de diseño correspondientes a estos tópicos representan dos documentosdesarrollados individualmente, pero por su afinidad por compartir el mismo objetivo y
principio de funcionamiento se trabajaron una como extensión de la otra, más
específicamente la “Guía de Diseño para Tubería Encamisada con vapor” fue considerada
en el proyecto como una extensión de la “Guía de diseño para tubería trazada con vapor”.
Estos dos documentos comparten más del 70% de la totalidad de su contenido por lo que
una vez elaborada la guía para trazado con vapor su extensión solo requirió el desarrollo de
tópicos muy puntuales. Por esta razón se debe considerar siempre la estrecha relación entreellas.
Es importante resaltar que las bases del diseño descritas en el proceso de desarrollo de la
guía de “Guía de diseño para pipelines” conforman los mismos fundamentos generales para
la elaboración de estos dos documentos.
3.5
Guía de diseño para tubería trazada con vapor
3.5.1 Descripción
La guía de diseño para tubería trazada fue desarrollada he implementada en el
departamento de tuberías de Empresas Y&V, la misma, abarca todos los aspectos
de diseño y los cálculos que implica un sistema de tubería trazada con vapor en este
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procedimiento. Esta guía fue diseñada para ser consultada por ingenieros de
proyecto de la empresa, este usuario debe tener la capacidad de diseñar bajo los
estándares de la empresa. Cabe destacar que hay una serie de procesos ligados al
diseño que son ajenos a este departamento, lo que implica que solo su mención seria
incluida en la guía.
Los lineamientos fundamentales fueron estipulados por la norma COVENIN-ISO
9000:2008, que estableció el formato del documento y la función como guía de
diseño, las normas OHSAS 18001 e ISO 14001 (Gerencia de Calidad y Seguridad,
Higiene y Ambiente, 2005) establece controles sobre todos los mecanismos de
control para la reducción de riesgos ocupacionales, ambientales y operacionales del
país de aplicación, y los parámetros manejados por la empresa permiten el trabajo
en conjunto con normativas que no interfieran con los estándares manejados, para el
caso de trazado con vapor se seleccionaron como pilares las normas ASTM B68 y
B75 y ASME/ANSI B31.3.
A partir de esta información se discutió la definición conceptual de la guía de
diseño para trazado de tuberías con vapor, este proceso se llevo a cabo con la
asesoría de la Ing. Elvirana Hopkins con base en las necesidades del departamento y
las limitaciones de la guía, de esta forma el alcance y los objetivos del documento
fueron definidos.
Los objetivos definieron al documento como una guía de diseño recopilatoria de
recomendaciones, normas y lineamientos básicos para la orientación y consulta en
el proceso de diseño de trazado de tuberías con vapor.
El alcance de este documento especifica que contiene los requisitos de diseño,selección de materiales, montaje, inspección y prueba para el sistema de
acompañamiento externo de trazas con vapor.
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3.5.2 Condiciones y criterios
En base a los parámetros definidos se realizó la selección de información
concerniente al diseño de sistemas de trazado con vapor, este proceso se realizó a
partir de las normas aprobadas por la empresa y material homólogo de
corporaciones de reconocimiento mundial como PDVSA y Técnicas Reunidas S.A.
por su especialización en el tema y compatibilidad de lineamientos con Empresas
Y&V.
Como primer punto a definir se decidió hacer una compilación de lineamientos
generales del sistema, estos lineamientos consistieron en recomendaciones que los
fabricantes e implementadores de esta técnica de calefacción han documentado por
experiencia, por esta razón pasan a ser leyes empíricas que representan informaciónútil para el ingeniero diseñador, esta información se interpretó a partir de las
especificaciones “Steam tracing piping requirements” de PDVSA (PDVSA, 1990) y
“Especificación normalizada, tuberías trazadas” de Técnicas Reunidas (Técnicas
Reunidas S.A., 1998).
Lineamientos generales: El diseño de un sistema de trazado con vapor está
regido por unos lineamientos generales que representan las consideraciones máselementales que no pueden ser quebrantadas, estas hacen referencia al fluido, la
temperatura, el aislamiento, las longitudes y geometría del sistema, este conjunto de
lineamientos son empíricos, por lo que pueden presentar ciertas variaciones según el
emisor de los mismos.
Bajo el concepto aplicado para la realización de la guía de diseño para pipelines,
se decidió en conjunto con la ingeniera de proyectos Elvirana Hopkins que los
tópicos estrechamente involucrados con situaciones nacionales por normativas,
leyes o condiciones especiales serian tratados bajo lineamientos nacionales como
los emitidos por PDVSA, adicionalmente esta empresa emisora de normas cuenta
con una serie de ventajas ya mencionadas anteriormente.
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De esta manera para el capítulo referente a la selección de materiales se decidió
tomar como base la especificación PDVSA H-221 “Materiales para tubería” y
PDVSA H-231 “Requerimientos de fabricación de tubería” (PDVSA, 1987)
Materiales: el materia seleccionado debe ser lo más flexible posible por lafacilidad de instalación y la capacidad de amoldarse a la geometría y el diseño de
los equipos que requieren calentamiento, adicionalmente debe actuar como un
portador de los medios de calefacción sin riesgos de fugas. Además se debe tener en
cuenta que el material seleccionado debe presentar una expansión térmica fácil de
restringir o controlar, además de una tasa elevada de transferencia de calor.
La normativa ASME/ANSI B31.3 fue tomada para la elaboración del capítulo más
importante, este corresponde las estaciones de distribución y colección, por este
motivo se tomó esta fuente que representa lineamientos mundialmente aceptados y
de alta confiabilidad.
Estaciones de distribución y colección: Estas representan los elementos más
críticos del sistema, están conformados por los cabezales de distribución de vapor y
recogida de condesando, de los cuales depende el correcto suministro del sistema, la
distribución de presión del fluido, el estado físico requerido del mismo y la
integridad del sistema en condiciones normales y de emergencia.
El diseño del elemento que le da nombre a esta técnica para calefacción de
tuberías es reglamentado bajo las normas ASTM B68 y B75, esta información fue
interpretada y adaptada para la creación de este capítulo.
Trazas o trazadores: Este elemento se define como la línea que iniciando en su propia válvula de corte en el cabezal de suministro, acompaña al circuito a calentar
y acaba en su correspondiente cabezal de condensado. El diseño de estos debe
considerar numerosas implicaciones que permiten o impiden su correcto
funcionamiento, entre las más importantes se pueden mencionar la disposición de
las trazas, su pendiente, uniones, cantidad y dimensiones, además del correcto uso
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de válvulas y adecuado acompañamiento de instrumentos y equipos. Estos factores
y el debido desarrollo de sus implicaciones forman las bases de diseño de un
trazador.
Un subsistema del trazado de tuberías con vapor es el sistema de condensado, estees comúnmente utilizado en los procesos que trabajan con vapor y requieren
mantener una calidad especifica del mismo, para diseñar este subsistema se estudió
la especialización PDVSA H-251 “Requerimientos de diseño de tubería de procesos
y servicios” debido a su notable uso a nivel nacional y comprobado funcionamiento.
Esta misma fuente se usó de base para el desarrollo del capítulo correspondiente a
soportes.
Sistema de condensado: Este sistema está conformado por un número de
elementos que forman parte del sistema de trazado con vapor que en conjunto tienen
como fin mantener el fluido dentro de los trazadores lo más libre de condensado
posible, para esto el sistema recolecta y desecha el condensado de vapor con una
serie de elementos debidamente posicionados según el criterio del diseñador como
son las válvulas de bloqueo, purgadores, trampas de vapor, válvulas de descarga y el
cabezal de recolección de vapor.
Soportes: Los soportes son dispositivos mecánicos cuya función y tipo varía
según la necesidad pero en líneas generales se encarga de fijar de manera confiable
un elemento a otro o a tierra. Toda la tubería instalada para fines de
acompañamiento, excluidos los cabezales de suministro de vapor y recogida de
condensado, deben ser adecuadamente soportadas para asegurar su transmisión de
calor e integridad física además de controlar la expansión térmica.
Otro elemento cuyo diseño es responsabilidad del departamento de tuberías es el
correspondiente al aislamiento del sistema, este proceso es un complemento vital y
al igual que en el caso de selección de materiales para las tuberías es un
procedimiento dependiente a la industria y el Apis de aplicación, por esta razón se
decidió el uso como base de la especificación PDVSA L-212 “Material aislante y
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aplicación en servicio caliente” para la elaboración del capítulo referente a este
tema.
Aislamiento: Este elemento consiste en un material con bajo coeficiente de
transferencia de calor que recubre en su totalidad a un elemento deseado, su funciónen este tipo de sistemas es disminuir lo máximo posible la pérdida de calor hacia el
exterior, debe ser adecuadamente diseñado según los requerimientos deseados, de él
dependerá la conservación de la temperatura en los tramos estipulados, instrumentos
y equipos en donde se requiera.
Adicionalmente la guía debía contener un grupo de planos ilustrativos sobre la
correcta instalación de sistemas de trazado con vapor en su variedad de aplicaciones
más comunes. Este grupo de anexos gráficos se realizó con la asistencia del
ingeniero de proyectos Rafael Sánchez, bajo el conjunto de normas ANSI/ISA
referidas a la representación gráfica de instrumentos. Su desarrollo se llevó a cabo
con la asistencia del software AutoCad. Cualquier información adicional fue
incluida de manera complementaria para la ejecución de esta disciplina.
De esta manera se completó el contenido la guía bajo el formato establecido. En
carácter de resumen reiterativo se debe destacar que el uso de esta guía de mano de
ingenieros de proyecto se realiza de manera consultiva, su implementación se lleva
a cabo en las etapas de ingeniería básica y de detalle pertenecientes a la fase de
ingeniería y adicionalmente en el proceso de diseño en la elaboración de ofertas de
proyectos dentro del departamento de tuberías de Empresas Y&V. El documento
reúne las consideraciones y criterios a tomar en cuenta en el diseño de un sistema de
trazado de tuberías con vapor, el documento orienta al diseñador en el cumplimiento
de estos aspectos y referencia a información más especifica en el caso que loamerite, la guía de diseño no representa por sí sola la totalidad de la información
necesaria para ejecutar este tipo de proyectos, como lo indica su nombre es una guía
en los lineamientos a seguir.
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3.5.3 Producto
La elaboración de este documento arrojó como resultado una síntesis de
información resumida y didáctica debido a que su diseño e implementación no
representan la misma complejidad, riesgo y variaciones existentes como un sistema
de pipelines, por esto se tomó la experiencia adquirida en la elaboración del
documento referente a pipelines y a partir de las fuentes establecidas se cumplió con
los objetivos planteados.
Los análisis elaborados sobre el documento por los ingenieros Cook y Hopkins
arrojaron leves modificaciones que se basaban en la búsqueda del producto más
compacto y didáctico. Este proceso de modificación de detalles fue llevado cabo y
se obtuvo como resultado la versión final de la guía de diseño para tuberías trazadascon vapor.
3.5.4 Guía de diseño para tubería encamisada con vapor
Esta guía de diseño se consideró una extensión de la guía de diseño para tubería
trazada con vapor, se estableció de esta manera debido a que funciona bajo los
mismos principios y comparte casi la totalidad de los elementos y lineamiento de
diseño y funcionamiento, por esta razón este documento solo representó la
necesidad de elaboración de la información adicional que lo diferencia. A
continuación son presentados estos temas que difieren de lo aplicado en el proceso
referente a la guía de trazado con vapor.
3.5.5 Condiciones y criterios
La sección de materiales de esta guía fue elaborada a partir de las especificaciones
PDVSA H-221 “Materiales para tubería” y PDVSA H-231 “Requerimientos de
fabricación de tubería” (PDVSA, 1986), estas fueron las usadas para el capítulo
referente a materiales en la guía de trazado con vapor con la diferencia que para el
encamisado el contenido difiere por sus características físicas. La selección de las
fuentes mencionadas conserva el motivo antes mencionado.
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Materiales: La selección de materiales para el encamisado de tuberías es de vital
importancia para la integridad del sistema ya que este estará sujeto a múltiples
factores críticos que de no ser considerados significarán la falla del mismo. El
material seleccionado debe ser flexible para permitir su moldeo alrededor de las
tuberías y sus componentes sin presentar riesgo de fugas, además, debe serapropiado para el proceso de transferencia de calor al que estará sometido y debe
ofrecer la posibilidad de controlar su expansión térmica con facilidad. Estos y otros
factores deben ser considerados y su influencia no debe significar el deterioro del
sistema en un tiempo de vida determinado.
El elemento que da nombre a esta técnica de calefacción debe ser diseñado bajo
parámetros específicos que emiten sus fabricantes e implementadores, por esta
razón se escogieron dos fuentes emitidas por corporaciones mundialmente
reconocidas para formar las bases de la información correspondiente, los mismos
corresponden a los documentos “Especificación normalizada. Tuberías
encamisadas” de TR (Técnicas Reunidas, 2000) y “Especificación de diseño.
Tubería encamisada con vapor” de REPSOL YPF (REPSOL, 2004).
Encamisado de tuberías: El encamisado es la estructura encargada de formar la
cavidad alrededor del sistema para el transporte de vapor, a través de este proceso se
lleva a cabo la transferencia de vapor y de su correcto diseño depende el desempeño
del sistema. Entre las consideraciones a tomar está el dimensionamiento, el uso de
bridas, reductores y accesorios, encamisado de equipos, mantenimiento, montaje y
desmontaje.
La representación en planos de tuberías encamisadas acarrea una serie de
particularidades que hay que especificar para el conocimiento del diseñador, estainformación fue elaborada con la colaboración del ingeniero Rafael Sánchez y la
asistencia del documento “Especificación normalizada. Tuberías encamisadas” de
TR. (Técnicas Reunidas, 2000)
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Representación en planos: Las tuberías encamisadas se mostrarán en los planos
de planta como si no lo fueran. No obstante, en la etiqueta identificativa de la
tubería se incluirá información relativa a su camisa para ser tenida en cuenta, entre
otras cosas, para proporcionar los adecuados espacios de separación con otras
tuberías adyacentes. En el dibujo isométrico de la tubería interior se mostrará elalcance de la camisa y sus conexiones de entrada y salida de vapor, añadiendo
cuantos detalles constructivos o de montaje sean necesarios. Cualquier
representación adicional debe ir de acuerdo con los estándares manejados en el
proyecto.
Por último se generó un capítulo referente a la inspección y prueba del sistema,
este procedimiento pertenece a la etapa posterior al diseño pero tiene implicaciones
en el desarrollo del mismo, la fuente consultada fue la especialización PDVSA H-
251 “Requerimientos de diseño de tubería de procesos y servicios” por motivos ya
mencionados asociados a la corporación que la generó.
Inspección y pruebas: Las pruebas a un sistema encamisado están estandarizadas
y las consideraciones para estas t