2. ESTACIONES DE SERVICIO

Las estaciones de servicio, son instalaciones encargadas de adquirir, almacenar y distribuir combustibles, cumpliendo con las normas existentes para tal fin.

2.1 GENERALIDADES

Colombia cuenta con una red nacional de gas natural que abastece las principales ciudades del país, con un gasoducto que une las zonas de producción con las de consumo.

En Colombia actualmente existen aproximadamente 12.000 vehículos convertidos a GNCV, en su mayoría vehículos de servicio público. Estos están atendidos por más de 20 estaciones de servicio ubicadas en su mayoría en la Costa Norte. En Bogotá actualmente hay 6 estaciones en servicio.

El GNCV es el combustible automotor más seguro. Se diferencia del gas propano en que por ser más liviano que el aire, se escapa rápidamente hacia arriba, disipándose fácilmente. En cambio el gas propano (GLP) o la gasolina, se acumulan a nivel del piso, con el consiguiente riesgo de explosión e incendio.

El flujo que sigue el gas antes de llegar al vehículo es el siguiente (ver figura 2.1): el gas natural es tomado de la red principal de gas domiciliaria, a una presión de 17 bares aproximadamente, esta presión es elevada por un compresor para posteriormente ser almacenada en unos tanques de alta presión y posteriormente se suministra al vehículo, a través de la válvula de llenado, donde es acoplada la boquilla de llenado del surtidor de la estación a una presión de 250 bares aproximadamente, logrando acumular de esta manera una'mayor cantidad de GNCV en los tanques de alta presión del auto y obtener una mayor autonomía del vehículo.

2.1.1 Fundamentos físicos básicos para operarios de estaciones de servicio de GNCV

2.1.1.1 Equivalencias de unidades

•  Bar (un bar equivale a 0.9862 atmósferas). Esta es la unidad utilizada por el Sistema Internacional de Unidades (SI)
•  Libras por pulgada cuadrada (Ib/pul²; ó psi, en el sistema inglés)
•  Kilogramos por metro cuadrado (Kg/m² sistema métrico).
• Atmósferas (una atmósfera equivale a una columna de 760 milímetros de mercurio, ó a 14,7 Ib/pul²).
•  1 Pascal = La fuerza de 1 Newton que se aplica en un área de 1 metro cuadrado (m²); Pa= 1N/ 1m²
•  1 Bar = 100.000 Pascales
•  1 Kg/cm²= 14,28 PSI
•  1 bar= l,02Kg/cm²
•  1 bar = 14,48 PSI
•  1 at= 14,7 PSI
•  1 at = l,033Kg/cm²
•  1 at = 1,02 bar = 102 Kpa (kilo paséales)

2.1.1.2 Definición de términos

- Desplazamiento del émbolo de un cilindro: Es el volumen neto desplazado por el émbolo a la velocidad nominal de la máquina, expresado m3/minuto. Para cilindros de simple efecto, es el desplazamiento del pistón hacia el punto muerto superior (PMS) en la carrera (fase) de compresión. Para cilindros de doble efecto, es el desplazamiento hacia ambos extremos. Para compresores de etapas múltiples, el desplazamiento del émbolo de la primera etapa es el establecido para toda la maquina.

-Bolsillo: Es el volumen entre la tapa del cilindro y el émbolo en el punto muerto superior.
Este puede ser o no ser el mismo para los dos extremos en un cilindro de doble efecto.

- Capacidad real: Es el volumen liberado en la descarga de la máquina a la velocidad nominal y bajo las condiciones reales de succión y descarga, y ésta es expresada en m3/min.

- Rendimiento volumétrico: Es la relación de la capacidad real y el desplazamiento del embolo, expresado en porcentaje (%). / Rendimiento mecánico: Es la relación entre el trabajo termodinámico real requerido en un compresor y la potencia real requerida expresada en porcentaje. S Presión de succión: Es la presión absoluta del gas en la brida de entrada del compresor.

- Temperatura de succión: Es la temperatura absoluta del gas en la brida de entrada del compresor.

- Presión descarga: Es la presión absoluta del gas en la brida de salida del compresor.

-Temperatura de descarga: Es la temperatura absoluta del gas en la brida de salida del compresor.

- Relación de compresión: Es relación entre la presión de descarga absoluta y la presión de succión absoluta.

- Presión máxima de trabajo permitida: Es la presión máxima de operación para la cual el fabricante diseñó el compresor cuando el gas es manejado a la temperatura especificada.

- Temperatura de descarga nominal: Es la temperatura de operación a las condiciones especificada en las hojas de datos del compresor.

- Presión de descarga nominal: Es la presión de operación requerida a las condiciones de servicio especificadas en la hoja de especificaciones.

- Temperatura máxima permitida: Es la temperatura máxima de operación para la cual el fabricante ha diseñado el compresor cuando el gas es manejado a la presión especificada.

- Velocidad nominal: Es la velocidad en revoluciones por minuto requerida a las condiciones de servicio especificadas en la hoja de datos. La velocidad nominal y velocidad máxima pueden ser iguales pero nunca la velocidad nominal podrá ser superior a la velocidad máxima permitida.

- Velocidad máxima permitida: Es la máxima velocidad en revoluciones por minuto que permite el diseño del fabricante para la operación del compresor.

- Velocidad de disparo: Es la velocidad a la cual se activa el dispositivo de protección por sobre velocidad.

- Velocidad mínima permitida: Es la velocidad más baja en revoluciones por minuto que el diseño del fabricante permite para una operación continua.

- Potencia nominal del compresor: Es la potencia requerida por el compresor para garantizar cualesquiera de las condiciones de operación especificadas en la hoja de datos.

Las pérdidas en las unidades motrices deberán especificarse por separado.

2.1.1.3 Presión

Cualquier fuerza ejercida sobre o contra una superficie o área constituye una presión. Se mide como la magnitud de la fuerza que se ejerce perpendicular sobre una unidad de área. Presión = fuerza/área. Se expresa, entre otras, en las siguientes unidades: Pascal (Pa), bar, Kilogramos/centímetro2 (Kg/cm²), libras/pulgada2 (Ib/pul²) ó PSI, atmósferas (at), etc.

2.1.1.4 Presión barométrica ó atmosférica (Pat)

Todos los objetos y cuerpos sobre la tierra están sometidos al peso que ejerce la masa de aire que hay sobre nuestras cabezas, la cual es atraída por la gravedad. Por lo tanto, la presión atomósferica es la acumulación del peso (fuerza) de la capa de aire que actúa sobre la superficie de todos los cuerpos que están en la tierra. La presión atmosférica varía con la altitud; es más alta a nivel del mar porque existe una mayor masa de aire y disminuye en la medida en que aumenta la altitud. Como ejemplo; en la costa (nivel del mar) la presión atmosférica es de 0.98 bares (760 mm de Hg), mientras que en Bogotá, la cual está situada a 2630 metros sobre el nivel del mar, la presión atmosférica es del orden de 0.74 bares (550 mm de Hg). En el caso de un cuerpo sumergido en el agua, la presión que se ejercerá sobre dicho cuerpo será la presión atmosférica en el sitio, más la presión ejercida por la columna de agua que haya sobre el cuerpo; de tal manera que, a mayor profundidad la presión será mayor. Esta es una de las razones por las cuales si queremos descender a ciertas profundidades dentro del agua, necesitamos protección contra la presión.

2.1.1.5 Presión manométrica (P )

Es la diferencia entre la presión de un fluido y la presión atmosférica. Dicho de otra manera, es la presión leída en un aparato denominado manómetro, el cual mide la presión que está ejerciendo un fluido contra las paredes del recipiente que lo contiene. Si la presión dentro del recipiente es igual a la presión atmosférica, el manómetro marcará cero (0). Si la presión en el recipiente es mayor que la presión atmosférica, el manómetro marcará esta diferencia y se dice que es presión positiva. Por el contrario, si la presión atmosférica es mayor que la presión dentro del recipiente, el manómetro marcará la diferencia, en este caso se dice que es presión negativa. Para poder medir presiones negativas se necesitan manómetros especiales diseñados para este fin, denominados vacúometros.

En resumen, presión superior a la presión atmosférica se considera como presión positiva. Las presiones positivas se clasifican en:

•  Bajas: Menores de 14.793 bares o 15 atmósferas
•  Medias: Mayores de 14.793 y menores de 49.31 bares (mayores de 15 y menores de 50 atmósferas).
•  Altas: Mayores de 49.31 y menores de 98.62 bares (mayores de 50 y menores de 100 atmósferas).
•  Hiperpresiones: Mayores de 98.62 bares

2.1.1.6 Presión absoluta (Pab)

Es la presión manométrica más la presión atmosférica.

P_ab = P_m + P_at

2.1.1.7 ¿Cómo afecta la presión a los recipientes o vasijas?

En el caso de la presión positiva la fuerza resultante se ejerce por igual, y en todas direcciones sobre las paredes internas del recipiente, desde dentro hacia fuera. En el caso de presión negativa, la fuerza resultante se ejerce en todas direcciones sobre las paredes externas del recipiente, y desde fuera hacia dentro; en este caso se dice que existe vacío dentro del recipiente. Se dice que hay vacío absoluto cuando la presión absoluta dentro es igual a cero (0), lo que indica también ausencia total de materia dentro del recipiente.

Tanto el manejo de presiones positivas, así como el manejo de presiones negativas o de vacío, son útiles en los procesos y operaciones de ingeniería. Como ejemplo de referencia; la presión positiva se utiliza para almacenar gran cantidad de gas dentro de un recipiente, tal como en un cilindro; para mantener licuado un gas tal como en el caso del gas licuado del petróleo; para empujar y/o desplazar un fluido con el fin de transportarlo o transferirlo a otro recipiente o sitio por un gasoducto, para alimentar un fluido a un proceso que está a presión, etc.

La presión negativa se puede usar por ejemplo, para facilitar la separación por destilación de los componentes más livianos en un proceso de destilación del petróleo, y muchos otros usos útiles.

Una vasija puede fallar porque no es capaz de resistir la presión positiva, en este caso explotará; o porque no es capaz de resistir la presión negativa, en este caso se colapsará (dicho de otra manera, se chupará).

2.1.1.8 Resistencia de los materiales Vs la presión

Por una parte, entre mayor sea la presión interna en un recipiente, mayor será la resistencia que requiere el material para construirlo. Esa mayor resistencia se consigue guardando un equilibrio técnico - económico entre la calidad del material y un mayor espesor de las paredes del recipiente. Mientras mayor sea la presión, mayor será el espesor de la pared que se requiere; pero este crecimiento no puede ser indefinido porque el recipiente resultaría muy pesado, costoso y difícil de manipular. Por otra parte, para resistir la misma presión, a mayor diámetro del recipiente o del tubo, mayor será el espesor de la pared del mismo. Cuando no es conveniente seguir aumentando el espesor, entonces se acude a los materiales especiales que resisten altas presiones. Estos tienen una estructura molecular y cristalina muy homogénea, y en su fabricación se usan materiales y técnicas especiales con tecnología avanzada; desde luego generalmente son materiales más costosos.