PP 2.docx

UNIVERSIDAD PRIVADA DOMINGO SAVIO
INGENIERÍA EN GESTIÓN PETROLERA
MODELO DE CICLO RANKINE ORGÁNICO (ORC) EN
MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA (MCI) PARA
EL APROVECHAMIENTO DE CALOR DESPERDICIADO
EN LA ESTACIÓN DE COMPRESIÓN DE
SICA SICA-LA PAZ
QUE QUIERO HACER: MODELO DE CICLO RANKINE (PERO QUE NO ESTA CLARO
DISEÑAR, PROPONER DISEÑO???)
COMO: MCI
DONDE:ECS ICA SICA
PAQRA QUE: APROVECHAR EL CALOR DESPERDICIADO
Proyecto de Grado Para Optar el Grado de Ingeniería En Gestión
Petrolera
Autor: Wilson Pedro Condori Quispe
LA PAZ – BOLIVIA

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CAPITULO I: GENERALIDADES
INTRODUCCION
Cual la finalidad del proyecto
Que se espera con elproyecto
Que se demostrara con el proyecto
Cual su alcance temático
Cual su limitacion
1.1 ANTECEDENTES
Antecedentes de la EC Sica Sica
Antecedentes de los compresores de la EC Sica Sica y del volumen de enfriamiento
Antecedentes de la generación de energía en la EC Sica Sica
Antecedentes de la cantidad de calor que se desperdicia en la EC
Antecedentes de la aplicación del modelo de ciclo rankine organico ORC en MCI en EC
Antecedente del tipo de Fluidos Orgánico a utilizar (esta disponible?, costo?)
Estos compuestos poseen la característica de cambiar de fase por debajo de los 100 °C
a 1 atm, otorgándoles ventajas claves sobre otros fluidos que necesitan mayor aporte
energético para llevarlos al estado de vapor. Según la pendiente de la curva de vapor
saturado a la presión de entrada a la turbina, un fluido de trabajo puede clasificarse en
tres grupos:
• Húmedos (a): la pendiente es negativa, por lo que forman gotas en la etapa de
expansión, se trata de líquidos convencionales como el agua o amoniaco, y algunos
orgánicos como el R134a.
• Isentrópicos (b): la pendiente es infinita, no producen gotas debido a que la expansión
en la turbina se da a una entropía que coincide siempre con la del estado de saturación.
• Secos (c): la pendiente es positiva, son los idóneos ya que la expansión se da en
condiciones de vapor recalentado, y además son los que menos calor latente requieren.
Algunos ejemplos comunes son el isobutano y el pentano de la familia de los alcanos, o
refrigerantes R245fa, R125.
Estimado organizar de acuerdo a esta sugerencia
La finalidad del presente proyecto consiste en lograr que la estación de compresión de gas natural
por redes aproveche el calor desperdiciado del calor residual del agua de refrigeración de un
motor; ya que las Estaciones Compresoras de Gas (ECG) son una de las facilidades más

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importantes en toda red de transporte de gas natural por gasoductos,pues permiten aumentar la
presión del gas para transportarlo a través de largas distancias. Si bien existen diferentes
tecnologías de compresión, una de las más utilizadas en Bolivia, y en todo el mundo, son los
compresores reciprocantes, impulsadospor Motores de Combustión Interna (MCI). Los motores
de combustión interna (MCI) de las estaciones de compresión de gas (ECG) utilizan gas natural
como combustible. (YPFBtransporte S.A, 2020)
Los gasoductos en Bolivia el sistema de transporte de gas natural de YPFB TRANSPORTE S.A.
se extiende sobre dos tercios del país abarcando 7 de los 9 Departamentos que tienen capacidades
de transporte de hasta 6267.57 millones de piescúbicos por día (MPCD) y por esta razón se divide
en cuatro sistemas con una potencia instalada de 65.412 HP. (YPFB transporte S.A, 2020)
Dado que los MCI (motores de combustión interna) son una tecnología inherentemente
ineficiente (<38%), diariamente se generan pérdidas de energía térmica equivalentes al 30 - 40%
de la energía utilizada como combustible. (YPFB transporte S.A, 2020)
La energía residual, en forma de gases de combustión de media temperatura (400- 450°C), es
una fuente aprovechable que puede ser utilizada para la generación de

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energía eléctrica. Sin embargo, en el país esta tecnología no es utilizada y existen algunos retos
tecnológicos, regulatorios, y económicos para su implementación. (YPFB transporte S.A, 2020)
Antecedentes históricos de yacimientos petrolíferos fiscales bolivianos YPFB TRANSPORTE
S.A. es una empresa boliviana de servicio público, dedicada al transporte de hidrocarburos por
ductos desde los distintos campos productores del país hasta los diferentes centros de consumo
del mercado nacional y de exportación. Desempeña una actividad estratégica en el sector
energético como propietaria de una red de ductos, entregasoductos, oleoductos y poliductos, que
opera cumpliendo normas nacionales y los más altos estándares internacionales propios de la
actividad. (YPFB transporte S.A, 2020)
YPFB TRANSPORTE S.A. realiza inversiones en el mantenimiento de la red de ductos por
medio de la ejecución de proyectos, expansión, buscando atender oportunamente lademanda de
transporte por ductos y garantizar la prestación de servicio de manera eficaz. El sistema de
transporte de gas natural de YPFB TRANSPORTE S.A. se extiende sobre dos tercios del país
abarcando 7 de los 9 Departamentos. Se divide en cuatro sistemas con una potencia instalada de
65.412 HP. (YPFB transporte S.A, 2020)
El sistema de transporte para el Mercado Interno Sur abastece a las ciudades de Sucre,Potosí y
Tarija y otras poblaciones que se encuentran a lo largo del ducto, mediante los gasoductos:
Gasoducto Taquiperenda-Cochabamba (GTC), Gasoducto Tarabuco-Sucre (GTS), Gasoducto
Sucre-Potosí (GSP), Gasoducto Villamontes-Tarija (GVT). El sistemaMercado Interno Occidente
abastece a las ciudades de Cochabamba, Oruro y La Paz y poblaciones que se encuentran cerca
al Gasoducto al Altiplano (GAA). El sistema

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Mercado interno Norte abastece a las poblaciones intermedias que se encuentran a lo largo del
Gasoducto Carrasco-Yapacaní-Colpa-Rio Grande (GCY) y el Gasoducto Carrasco-Cochabamba
(GCC). (YPFB transporte S.A, 2020)
Tabla 1., Cuadro Del Sistema De Transporte De Gas Mercado Interno Norte
Gasoductos
Gasoducto Carrasco-
Yapacani(GCY)
Gasoducto Carrasco- Cochabamba
(GCC)
Estaciones
Estación de medición Colpa Estación de medición flexibilización
Rio Grande
Estación de medición Lazo
Sur
Estación de compresión Carrasco
Fuente: Elaboración Propia Con Información De La Página Oficial De YPFB TransporteS.A
Tabla 2., Cuadro Del Sistema De Transporte De Gas Mercado Interno Occidente
Gasoducto
Gasoducto al Altiplano (GAA)
Estaciones
Estación de compresión
Samaipata
Oconi
Chilijchi
Huayñacota

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Estación de medición
Cochabamba
Totoroco
Estación de medición Oruro Estación de compresión
Sica Sica
Estación de medición
Senkata
Tabla 3., Cuadro Del Sistema De Transporte De Gas Mercado Interno Sur
Gasoductos
Gasoducto Taquiperenda-
Cochabamba (GTC)
Gasoducto Tarabuco- Sucre
(GTS)
Gasoducto Sucre- Potosí (GSP)
Estaciones
Estación de compresión y bombeo
Cerrillos
Torrepampa
Estación de compresión Tapirani Estación de compresión
Qhora Qhora
Estación de medición Karachipampa
Gasoductos

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Gasoducto Villa Montes-Tarija (GVT) Derivada Tarija- El Puente
(DGTP)
Derivada Tarija- La Tablada (DGTT)
Estaciones
Estación de compresión San Antonio Estación de medición Tarija
Estación de compresión San Lorenzo
Los antecedentes históricos de la estación de compresión Sica Sica que es una estaciónintermedia
en el oleoducto Cochabamba Arica y el gasoducto Huañacota Senkata, la estación recibe crudo C
desde Sayari y la impulsa para que pueda llegar a terminal Arica;recibe gas natural de estación
Totocoro y la impulsa a destino final que es Senkata. (YPFB transporte S.A, 2020)
Tabla 4., Cuadro De Las Características Técnicas De La Estación De Compresión
Inicio de operación: 2005
Vías de acceso terrestre: carretera Cochabamba-
La Paz
Producto que transporta: gas natural
Procedencia del producto: estación de Parotani
Destino del producto: estación de medición de
Senkata

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Capacidad de entrega
(MMPCD)
71.5
N° de unidades: 4
Potencia instalada: 5.520 HP
Fuente: Elaboración Propia Con Información De La Página Oficial De YPFB
Transporte S.A
Áreas que comprenden la estación de compresión de SICA SICA
Tabla 5., Cuadro Del Área Industrial De La Estación De Compresión De Sica Sica
AREA INDUSTRIAL
Oficina (sala de
control)
Se ubican los dispositivos de monitoreo y controlcomo ser
HMI, panel PLC y CCM. Sistemas de comunicación,
teléfono, celular, PC corporativas con acceso a internet.
Documentación del sistema degestión de negocios de la
estación. Equipos de
primeros auxilios. Baño y un pequeño frigobar.
Sala de unidades de Cuenta con dos unidades de bombeo, motores
bombeo y compresión CATER PILLAR 3512 SI gas natural, 1 unidad de
(con su respectivo bombeo D398 a diésel oil, 2 bombas gaso de 20 HP
manifold) capacidad de 28 GPM. Dos compresores DRESSER
RAND capacidad de 22.50 MMPCD, motor Waukesha
de 1140 HP, 2 compresores ARIEL capacidad de
22.50 MMPCD, motor WAUKESHA de 1380 HP.

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Sala de generadores Cuenta con dos generadores de energía eléctricaCATER
PILLAR combustible GN.
Dos compresores de aire.
Un banco de baterías de cargadores rectificadores desistema
de respaldo eléctrico.
Tanque de alivio
crudo capacidad 3000
BBls
Un tanque de alivio para crudo de línea cuando exista
sobrepresiones en la línea de succión o cuando se
requiera según la operación.
Tanque de
combustible
diésel 13000 Litros
Se cuenta con un tanque para diésel oil para UBP-2
Almacenes, Taller Se cuenta con un almacén de aceites, grasas, lubricantes,
anticongelante, combustibles,detergentes necesarios para
el adecuado
funcionamiento de las unidades.
Pozo Slop 45 Bbl En ella se almacena producto crudo purgado y drenado en
distintos puntos de la línea y equipos de la estación, para
posterior reinyección a tanque alivio
y retronó a línea.
Sistema contra
incendio
Se cuenta con hidrantes con su respectivo tanque de
agua con una capacidad de 3000 Bbls, una bombacontra
incendios.

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Se cuenta también con extintores portátiles de PQS,CO2
y rodantes de espuma AFFF.
Pileta API Cuenta con una piscina dividida con 3 camaras, la primera
para separación de agua e hidrocarburos y un sistema de
recuperación de hidrocarburos que se
envía a un pozo slop, la segunda cámara es para
realizar la sedimentación y la tercera cámara sirve para
oxigenar agua y descargar al medio ambiente cuando los
parámetros del agua están dentro de los limites admisibles.
Cuenta con una bomba para recuperación de agua y envio
de hidrocarburos a tanque de alivio.
Cuenta con dos bombas de agua para oxigenación.
Fuente: Elaboración propia con información de YPFB TRANSPORTE.
Cabe aclarar que la estación de compresión al inicio de su operación cuenta con un manifold,
trampa de chancho, y tres válvulas; válvula tipo cortina, válvula tipo bola y válvula check, que
son de vital importancia en la industria petrolera y así mismo en el transporte de gas. (YPFB
TRANSPORTE, 2020).

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Antecedentes del sistema de funcionamiento de compresión de la estación de SICA SICA la
estación de compresión cuenta con cuatro compresoras que dos son compresores Dresser Rand y
dos compresores Ariel, de la misma manera estos compresores cuentancon motores de combustión
interna que son de tecnología Waukesha. (YPFB transporteS.A, 2020)
Figura 1., Mapa De Gasoductos Hacia La Estación De Compresión Y Bombeo De Sica Sica
Administrada Por YPFB Transporte S.A.
Fuente: YPFB Transporte S.A. (septiembre 2020)
Tabla 6., Cuadro De Las Compresoras De La Estación De Sica Sica
Compresor 1 Compresor 2 Compresor 3 Compresor 4
L5794G L5794G L5794GSI L5794GSI
S S . .
Waukes I. c/ESM Waukes I. c/ESM c/ESM/JG c/ESM/JG
h 6DVIP/2 h 6DVIP/2 E E

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a-
Dresser
Rand
a-
Dresser
Rand
Waukes
h a-
Ariel
/4 Waukes
h a-
Ariel
/4
1380
HP
1380
HP
1380 HP 1380 HP
25
MMpcd
25
MMpcd
25
MMpcd
25
MMpcd
GAA- Procedencia GAA- Destino
Procedencia: Parotani LOOP
MOP: 1440 PSI
Diametro nominal: 6”
Procedencia: Senkata LOOP
MOP: 1440 PSI
Procedencia: Parotani
MOP: 1420 PSI
Procedencia: Senkata (La Paz) MOP: 1420PSI
Fuente: Elaboración Propia Con Información De La Página Oficial De YPFB Transporte S.A
En el siguiente cuadro se toma en cuenta la capacidad máxima instala en Mpcd de Parotani a
Oruro y de Oruro a La Paz, información de manera operativa del sistema de transporte de gas
natural por ductos. (YPFB transporte S.A, 2020)

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Tabla 7., Cuadro De La Capacidad De Ductos Por Tramos Desde La Procedencia Y SuDestino
Ductos-Tramos Sigla
Capacidad Máxima
Instalada En Mpcd
Río Grande -
Parotani
GAA 75.000
Parotani – Oruro GAA 89.100
Oruro - La Paz GAA 71.500
Fuente: Elaboración Propia Con Información De La Página Oficial De YPFB Transporte S.A
-Tecnología de ciclo de rankine
El ciclo Rankine se define como el ciclo ideal para las centrales eléctricas de vapor. El ciclo
Rankine convencional no incluye ninguna irreversibilidad. (Maria becerra Rodriguez,2022)
-Tecnología del ciclo de rankine orgánico (ORC)
El ciclo Rankine con vapor de agua es el ciclo de potencia más empleado en las centralestérmicas.
No obstante, si lo que se busca es aprovechar calores de media y baja temperatura, el agua no es
el fluido más adecuado. Para ello es más conveniente utilizarun ciclo Rankine orgánico (ORC), el
cual emplea un fluido orgánico en vez de agua. (BERNARDO PEREZ, 2015)
-Antecedentes de la tecnología del ciclo de rankine orgánico (ORC):

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Aplicación a nivel Norteamérica De acuerdo con la Energy Information Administration (EIA), el
sistema de transporte de gas natural en Estados Unidos está compuesto por una red de más de
482000 km de gasoductos interestatales e interestatales, más de 1400 estaciones de compresión,
5000 puntos de entrada y 11000 puntos de entrega. En las estaciones compresoras hay
aproximadamente 5400 motores de combustión interna de los cuales el 60% tienen potencias
entre 1000-3500HP. Por otra parte, existen aproximadamente 1000 turbinas de gas, en 473
estaciones de compresión, con potenciaspromedio de 6600 HP. (CORREIRA)
Ante la necesidad de incrementar la eficiencia y reducir las emisiones, se creó una iniciativa
voluntaria entre los operadores de gasoductos para ayudar a acelerar el procesode desarrollo de
proyectos de recuperación de calor en estaciones compresoras a identificar oportunidades de
recuperación de calor mediante ORC, en estaciones de compresión con más de 15000 HP de
potencia instalada y al menos 5200 horas de operación al año (60% de ocupación). (CORREIRA)
La aplicación a nivel latinoamericano. El sistema de transporte de gas natural deColombia está
compuesto por una red de gasoductos troncales y ramales que permiten llevar el gas natural desde
los principales centros de producción (La Guajira y Los Llanos Orientales), hasta las diferentes
regiones (costa atlántica e interior del país). La red actualestá conformada por más de 7600 km de
gasoductos (entre troncales y ramales) y 17 estaciones compresoras con un estimado de 195000
HP de potencia instalada (CORREIRA).

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Recientemente TGI inauguró la ECG La Sabana, la cual es pionera en Colombia en el uso de
tecnología MOPICO. PROMIGAS cuenta con 4 estaciones compresoras, con una potencia
instalada de unos 40.000 HP. (CORREIRA)
Tabla 8., Cuadro De La Disponibilidad De La Potencia Instalada De Compresión En
Colombia
Fuente de energía SOLAR TURBINES
CANTAUR 40
Potencia nominal 3500 Kw (4700 HP)
Energía térmica
residual disponible
4,5 MW
Planta ORC Turboden 10 HR
Salida neta eléctrica 865 Kw
Eficiencia del ciclo
ORC
19%
Incremento de la
salida neta de energía
25%
Reducción de
emisiones de
GEI
25%
Fuente: Elaboración propia con información de met&flu

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Las estaciones Palomino y Caracolí cuentan con compresores centrífugos impulsados por
turbinas, de más de 6000 HP cada una. Las estaciones Cartagena y Sahagún cuentancada una con
dos unidades de compresión reciprocante, con motores CAT de 2200 HP, para una potencia
instalada de MCI de 8.800 HP. PACIFIC cuenta con una (1) estación compresora en el gasoducto
La Creciente la estación cuenta con unidades de compresiónreciprocantes Ariel JGE-4 impulsadas
por motores CAT G3516 de 1340 HP cada uno, para una potencia instalada de 4.020 HP.
(PROMIGAS)
En 2013, TGI contaba con una capacidad instalada para transportar 730 Millones de piescúbicos
por día (MMPCD), y transportó 454 MMPCD. Esto representa un índice de ocupación de 62% de
la capacidad de transporte. En 2014, Promigas contaba con una capacidad instalada para
transportar 613 MMPCD, y transportó 367,7 MMPCD, lo cual representa un índice de utilización
del 60% de su infraestructura. (PROMIGAS)
-Aplicación a nivel nacional
Aplicación a nivel nacional tenemos Antecedentes de la estación de compresión de QhoraQhora
La estación de compresión de QHORA QHORA inició su operación desde 1982, teniendovías de
acceso terrestre desde la carretera Sucre- Tarabuco transportando gas natural desde la estación de
control Tarabuco hasta la estación de medición Karachi pampa conuna capacidad de entrega de
6.8 (MMPCD), así mismo comprende dos unidades de compresoras con una potencia instalada de
1.460 HP.

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En el año 2013 en Bolivia en el departamento de Sucre en la estación de compresión QHORA
QHORA se aplicó el ciclo combinado debido a la existencia de pérdidas de calorpor fricción en los
motores combustión interna durante el transporte de gas por ductos, esta tecnología ayudo durante
la operación a través de turbinas aprovechando la energíaeléctrica generado del trabajo mecánico
mejorando la facilidad de transporte por ducto de gas, y generando menor impacto ambiental
(YPFB transporte S.A, 2020)
1.2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.2.1. Identificación de La Situación Problemática
Tabla 9., Cuadro De Causa Y Efecto Del Problema
CAUSA DEL
PROBLEMA
PROBLEMA EFECTO DEL
PROBLEMA
PRIORIDAD
Bajo rendimiento %? Diariamente se 1
por comprender generan pérdidas
motores de de energía (Es
problema o efecto?)
combustión interna
(MCI) de ciclo
termodinámico.
Perdidas de
energía en la
estación de
compresión de
Sica Sica
(cuanto?
Datos), que
energía,donde
se genera, en
base a que se
genera
Genera gastos 2
Económicos
(cuanto???)

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sario su
atención.
La cantidad de energía perdida con los gases de combustión, es prácticamente equivalente a la
energía mecánica entregada al compresor. Este motor libera energía térmica a una tasa de 2.6
MW y en 8 horas de operación continua, habrá liberado hasta
10.6 MGh de energía térmica al ambiente. Este datos es importante pero es solo de Sica Sica, es
diario, anual, mensual????? (YPFB TRANSPORTE, 2020).
1.2.2. Formulación del Problema
La estación de compresión de Sica Sica-La Paz (Bolivia), a lo largo del tiempo no ha logrado
tener nuevas tecnologías que ayuden con el avance tecnológico, por tal motivo la estación de
estudio presenta perdidas de energía por el uso de compresoras que comprenden motores de
combustión interna y a la misma vez generan pérdidas de calory contaminantes como el efecto
proceso de
enfriamiento.
Los motores de
combustión interna
(MCI), solo trabajan
en cuatro tiempos.
(Y que,cual su
problema?)
Desperdicio de
energía en la cual
solo una fracción de
esta convertidaen
trabajo
1
(1) Problema a ser so
(2) problema secunda
lucionado mediante la
rio que no tendrá resp
propuesta del presente proyecto-
uesta en el proyecto, pero si es nece

19
invernadero. (YPFB transporte S.A, 2020)

20
Es por eso que se tiene la necesidad de presentar un nuevo modelo tecnológico, como el ciclo
Rankine Orgánico (ORC) que nos beneficie con la generación de energía eléctricaa partir del calor
desperdiciado de los motores de combustión interna. (YPFB transporte S.A, 2020)
1.2.3. Formulación De La Pregunta
En base a lo observado respecto al problema planteado en la investigación la pregunta será; ¿En
qué medida se podrá aprovechar calor desperdiciado de la planta de compresión Sica Sica
mediante un modelo de ciclo rankine orgánico en motores de combustión interna?
1.3 OBJETIVOS DE INVESTIGACION
1.3.1. Objetivo general
Realizar (Proponer) un modelo o propuesta para el aprovechamiento de calor mediante el modelo
del ciclo de rankine orgánico (ORC) en motores de combustión interna en la estación de
compresión de SICA SICA- LA PAZ.
Revisar V + Q + D + PQ
1.3.2. Objetivos específicos
 Realizar el diagnostico Obtener los parámetros que influyen en la perdida de calor de
los motores de combustión interna de la estación de compresión de gas en SICA SICA.
Para que????? (Para su cuantificación)
 Proponer el modelo de ciclo rankine orgánico (OCR) en motores de combustióninterna
en la estación de compresión de SICA SICA- LA PAZ, para que???? Y con que fluido
organico????

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 Evaluar los parámetros fijos y variables para el modelo de ciclo rankine orgánico
ORC.(esto es una actividad del anterior no es objetivo)
 Analizar de los diferentes fluidos de trabajo para elegir el más conveniente para la
aplicación ORC. (Esto es para del modelo, es actividad)
 Realizar una evaluación técnica y económica sobre la propuesta de la tecnología de ciclo
rankine orgánico (OCR) en motores de combustión interna en la estaciónde compresión
de SICA SICA- LA PAZ, para que?????
1.4 VARIABLES
1.4.1 definición de variables
 variable independiente: modelo de ciclo rankine orgánico en motores de combustión
interna
El ciclo Rankine con vapor de agua es el ciclo de potencia más empleado en las centralestérmicas.
No obstante, si lo que se busca es aprovechar calores de media y baja temperatura, el agua no es
el fluido más adecuado. Para ello es más conveniente utilizarun ciclo Rankine orgánico (ORC), el
cual emplea un fluido orgánico en vez de agua en los motores combustión interna durante el
transporte de gas a través de turbinas aprovechando la energía eléctrica generado del trabajo
mecánico mejorando la facilidad de transporte por ducto de gas, y generando menor impacto
ambiental. (YPFB TRANSPORTE, 2020).
 variable dependiente: aprovechamiento de calor en la estación

22
El aprovechamiento de este calor supone una mejora en la eficiencia energética y una reducción
de emisiones de CO₂ de la planta. La necesidad de mejorar la eficiencia energética en la industria
es uno de los retos principales en el proceso de transición energética actual hacia un modelo
económico bajo en carbono. (YPFB transporte S.A, 2020)
Realizando el balance de energía de un motor de gas se llega a la deducción de la energíaentregada al
motor en 100%, se van teniendo perdidas de calor a través de diferentes partes del motor, de tal
manera decimos: (YPFB transporte S.A, 2020)
Tabla 10., Cuadro De Pérdidas De Energía
Energía del
combustible
Suma de las
pérdidas totales
Promedio del trabajo
útil al compressor
100% 62% 38%
Fuente: Elaboración Propia Con Información De Met &Flu
1.4.2 Operacionalizacion De Variables
Objetivo general: Realizar una propuesta para el aprovechamiento de calor mediante el modelo
del ciclo de rankine orgánico (ORC) en motores de combustión interna en la estación de
compresión de SICA SICA- LA PAZ.

23
variables definicion conceptual dimenciones indicadores instrumentos
modelo de ciclo
rankine organico en
motores de
combustión interna
generador de energia
electrica
La utilización de la energía
residual de los MCI como fuente
de energía, aumenta el
rendimiento térmico del motory
resulta en ventajas económicas y
ambientales.
Por esta razón se proponen
muchos métodos para utilizar el
calor de los gases de escape
disipados al ambiente,como los
turbocompresores, lamezcla de
compuestos termoeléctricos y
turbo eléctricos, pero el más
utilizado actualmente en la
industria es el Ciclo Orgánico
Rankine.
niveles de energia a
producir
fluidos optimos
los niveles de energiaa
producir son de
46,85% una potencia
nominal de 3500kw
calculos
termodinamicos del
ciclo rankine
analisis de fluidos de
trabajo y ciclorankine
organico
potencia de
compresores
reduccion de
emiciones de
carbono
con una potencia de
motores de 5520 HP
una reduccion de
emiciones de carbono
de 45%
evaluacion
energetica
economico y
ambiental
aprovechamiento de
calor en la estacion
sica sica
la estación de compresión degas
natural por redes aproveche el
calor desperdiciado del calor
residual del agua de
refrigeración de un motor; ya
que las Estaciones Compresoras
de Gas (ECG)
niveles de calor
desperdiciados
pérdidas de energía
térmica equivalentes
los niveles de calor
desperdiciados sonde
un62% yun 32%
aprovechable
calculo de balace
energetico del motor
de combustion interna
a carga parcial
1.5 OBJETO DE ESTUDIO
El presente proyecto tiene como finalidad el aprovechamiento de calor desperdiciado mediante
modelo de ciclo rankine orgánico (ORC) siendo un modelo sin emisiones de dióxido de carbono
1.5.1 Campo de Acción
La finalidad del presente proyecto es el aprovechamiento de calor desperdiciado en motores de
combustión interna(MCI) mediante modelo de ciclo rankine orgánico (ORC)

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para la generación de energía eléctrica sica sica – la paz la cual beneficia de gran maneraa la misma
estación de compresión como también a los pueblos aledaños. (MAPCARTA,s.f.)
1.6 DELIMITACION
por redes SICA SICA LA PAZ aproveche el calor desperdiciado del calor residual del agua de
refrigeración de un motor; ya que las Estaciones Compresoras de Gas (ECG) son una de las
facilidades más importantes en toda red de transporte de gasnatural por gasoductos, la cual se
implementara un modelo de ciclo rankine orgánico (ORC) este modelo aprovechara el calor
desperdiciado que se estima un 62% no aprovechado para la generación de energía eléctrica para
la misma estación. pues permiten aumentar la presión del gas para transportarlo a través de largas
distancias. Si bien existen diferentes tecnologías de compresión, una de las más utilizadas en
Bolivia, y en todo el mundo, son los compresores reciprocan tés, impulsados por Motores de
Combustión Interna (MCI). Los motores de combustión interna (MCI) de las estaciones de
compresión de gas (ECG) utilizan gas natural como combustible. (YPFB transporte S.A, 2020)
-Área de investigación: transporte de hidrocarburos y termodinámica.
-Tema específico: tecnología basada en ciclos de rankine orgánico
1.6.1. Límite Temporal

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El presente proyecto abarca un desarrollo de modelo de ciclo rankine orgánico (ORC) para el
aprovechamiento de calor desperdiciado en la estación sica sica la paz el cual sellevará a cabo en
un periodo de 6 meses el cual estará comprendido los primeros 2 mesesde redacción del perfil de
proyecto y 4 meses para la finalización del proyecto
1.6.2. Límite Geográfico
Estación de Bombeo: Ubicada a 274 Km de la ciudad de Cochabamba. Y 110 de La Paz,Municipio
Sica Sica, población Calacota baja. (YPFB transporte S.A, 2020)
País: Estado Plurinacional de Bolivia
Departamento: La Paz
Planta: estación de compresión y bombeo de SICA SICA
Provincia: Aroma
Coordenadas UTM:
o Latitud: 17° 17´ 31.6 “S
o Longitud: 67° 48´ 10.8 “O
o Altura: 3.921 msnm

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1.7 JUSTIFICACIÓN
Organizar mejorno esta bien claro todo esta mezclado
por redes aproveche el calor desperdiciado del calor residual del agua de refrigeración de un
motor; ya que las Estaciones Compresoras de Gas (ECG) son una de las facilidades más
importantes en toda red de transporte de gas natural por gasoductos,pues permiten aumentar la
presión del gas para transportarlo a través de largas distancias. Si bien existen diferentes
tecnologías de compresión, una de las más utilizadas en Bolivia, y en todo el mundo, son los
compresores reciprocantes, impulsadospor Motores de Combustión Interna (MCI). Los motores
de combustión interna (MCI) de las estaciones de compresión de gas (ECG) utilizan gas natural
como combustible. (YPFBtransporte S.A, 2020)
Los gasoductos en Bolivia el sistema de transporte de gas natural de YPFB TRANSPORTE S.A.
se extiende sobre dos tercios del país abarcando 7 de los 9 Departamentos que tienen capacidades
de transporte de hasta 6267.57 millones de piescúbicos por día (MPCD) y por esta razón se divide
en cuatro sistemas con una potencia instalada de 65.412 HP. (YPFB transporte S.A, 2020)
Dado que los MCI (motores de combustión interna) son una tecnología inherentemente
ineficiente (<38%), diariamente se generan pérdidas de energía térmica equivalentes al 30 - 40%
de la energía utilizada como combustible.

27
La energía residual, en forma de gases de combustión de media temperatura (400- 450°C), es una
fuente aprovechable que puede ser utilizada para la generación de energía eléctrica. (YPFB
transporte S.A, 2020)
Sin embargo, en el país esta tecnología no es utilizada y existen algunos retos tecnológicos,
regulatorios, y económicos para su implementación. (YPFB transporte S.A,2020)
1.7.1. Justificación Técnica
Con la aplicación de la tecnología del ciclo rankine orgánico (ORC) en la estación de compresión
de SICA SICA, se llegará a incrementar el factor de recobro de los residuos térmicos de los
motores de combustión interna tras la etapa de enfriamiento. (YPFB transporte S.A, 2020)
Esta tecnología del ciclo de rankine orgánico (ORC) está siendo aplicada en Norteamérica y
Europa por lo cual es una tecnología bien establecida, desarrollada y disponible y que además
ofrece una buena relación entre simplicidad, bajo costo de componentes y eficiencia energética.
Actualmente el ciclo rankine orgánico (OCR), no existe en Bolivia, ya que solo contamoscon la
tecnología convencional en la planta termodinámica de Guarachi que existe el ciclocombinado de
Brayton y Rankine, por ello; este proyecto ofrece respuestas para la generación de su propia
energía, y la disminución de las emisiones de efecto invernadero,su aplicación es sencilla por lo
que es uno de los métodos que más se está empleando por su tecnología en países de
Norteamérica y Europa. (YPFB transporte S.A, 2020)

28
1.7.2. Justificación Económica
La recuperación de calor y transformar la energía térmica en energía mecánica yfinalmente en
energía eléctrica a partir del modelo de ciclo rankine orgánico (ORC) en la estación de
compresión de SICA SICA generaría menores gastos de mantenimiento y menor desgaste de los
equipos lo cual generará beneficio a la estación de compresión. (YPFB transporte S.A, 2020)
Lo que significa que se obtendrá ingresos a partir de energía eléctrica que se vaya obtener y esto a
su vez beneficiará a la misma planta de compresión sica sica, también beneficiara al sector rural y
así tener una mayor remuneración económica (YPFB transporte S.A, 2020)
1.7.3. Justificación Social
Al implementar el modelo de ciclo rankine orgánico en la estación de compresión
específicamente en los motores de combustión interna, se reconocerá a la estación como un
generador de su propia energía eléctrica y así mismo se logrará beneficiar al área delsector rural
(calacota alto, huaña jawira, viluyo chico) (MAPCARTA, s.f.)
Estos pueblos rurales lograran ser beneficiados mediante el modelo de ciclo rankine
orgánico(ORC) con energía eléctrica aprovechada de los motores de combustión interna(MCI)
1.7.4. Justificación Ambiental
El presente proyecto coadyuvará con la conservación del medio ambiente ya así mismo esta
tecnología ayudará a reducir los niveles de efecto invernadero, CO2, gases inertes,

29
y así evitar problemas ambientales en la zona rural de donde se encuentra la estación decompresión
de SICA SICA. (YPFB transporte S.A, 2020)
1.8 TIPOLOGÍA DEL PROYECTO
El presente proyecto es de carácter de un estudio integral técnico, económico, social y ambiental
(TESA), su impacto es local y corresponde a la etapa de aprovechamiento.
1.8.1. Tipo y Estudio de Investigación
Proyecto de desarrollo de nuevos procesos industriales: este proyecto es una propuesta de
aprovechamiento de calor desperdiciado mediante un ciclo rankine orgánico(ORC) esun estudio
por profundidad según métodos termodinámicos donde se describirá el estadoactual dela planta de
la estación de compresión por tanto se determinará la causa y efectodel modelo de ciclo rankine y
se podrá corregir los efectos negativos para predecir su comportamiento posterior.
1.8.2. Enfoque De Investigación
El presente proyecto tiene un enfoque de investigación cuantitativo. El enfoque cuantitativo
utiliza la recolección y el análisis de datos para contestar preguntas de investigación y probar
hipótesis establecidas previamente, y confía en la mediciónnumérica, el conteo y frecuentemente
en el uso de la estadística para establecer con exactitud patrones de comportamiento en una
población.
1.9. METODOLOGÍA DEL PROYECTO

30
El método de investigación del proyecto es de carácter inductivo porque se aplicara conceptos
específicos de modelo de ciclo rankine orgánico métodos termodinámicos paraasí poder llegar a un
objetivo general que es aprovechar el calor desperdiciado en la estación Sica Sica La Paz
Y un análisis por partes para demostrar los aspectos negativos de carácter cuantitativo porque se
tiene perdidas de calor en la estación de compresión
La investigación correlacional: la presente investigación es un proyecto de modelo de ciclo
Rankine para el aprovechamiento de calor desperdiciado en la planta Sica Sica la paz en motores
de combustión interna.
Los Estudios Correlacionales Son un tipo de método de investigación no experimental enel cual
mide dos variables. Entiende y evalúa la relación estadística entre ellas, sin influencia de ninguna
variable extraña.
1.10. TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE INVESTIGACIÓN
En el siguiente proyecto se hará un estudio de investigación documental basándose en el historial
dela planta de compresión de las últimas gestiones, aplicando modelos matemáticos como ser
termodinámica y una implementación de recuperación de calor enbase al modelo de ciclo rankine
orgánico.
1.10.1. Fuentes de Recopilación de Información
- cálculos termodinámicos del ciclo rankine
- analizar de fluidos de trabajo y ciclo rankine orgánico

31
- evaluación energética económico y ambiental
- calculo de balance energético del motor de combustión interna a carga parcial
1.10.2. Técnicas de Recolección de Información
YPFB transportes S.A: YPFB TRANSPORTE S.A. es una empresa boliviana de serviciopúblico,
dedicada al transporte de hidrocarburos por ductos desde los distintos campos productores del
país hasta los diferentes centros de consumo del mercado nacional y deexportación. Desempeña
una actividad estratégica en el sector energético como propietaria de una red de ductos de 8.765
kilómetros entre gasoductos, oleoductos y poliductos que opera bajo normas nacionales y con los
más altos estándares internacionales, propios de la actividad.
Forma parte de la empresa estatal YPFB, empresa que tiene el control de la cadena de los
hidrocarburos y sustenta gran parte de la economía del país, en cumplimiento del Decreto
Supremo N° 28701 de Nacionalización de los Hidrocarburos “Héroes del Chaco”del 1° de mayo
de 2006 y del Decreto Supremo N° 29586 del 2 de junio de 2008. (YPFBtransporte S.A, 2020)
1.11. POBLACIÓN Y MUESTRA
La población del presente proyecto es la estación de compresión sica sica que actualmente cuenta
con una capacidad de entrega de 71,5 MMPCD Y 4 compresores conuna potencia 5520 HP con
una propuesta de modelo de ciclo rankine orgánico (ORC) para el aprovechamiento de calor
desperdiciado en los motores de combustión interna (MCI) beneficiando de gran manera con
generación de energía eléctrica a la misma

32
estación como a la población de Sica Sica (calacota alto que cuenta con una población de 138
habitantes , huaña jawira, que cuenta con una población de 165 habitantes viluyochico que cuenta
con una población de 363 habitantes) (MAPCARTA, s.f.)

33
CAPITULO.II: MARCO TEÓRICO
2.1 Modelamiento Matemático Y Termodinámico Del Ciclo Orc
2.2 Modelamiento De Costos Y Análisis Económico Del Ciclo
2.3 Balance Energético Y Modelación De Costos Del Motor De Combustión Intern
CAPITULO. III: RESUMEN DEL PROYECTO
3.1 Análisis Termodinámico Del Sistema Motor - Orc
3.2 Balance Energético Del Motor De Combustión Interna A Carga Parcial
3.3 Análisis Ambiental Del Sistema
3.4 Selección Del Fluido De Trabajo
CAPITULO. IV: PREPARACIÓN DEL PROYECTO
4.1 Resultados Del Motor De Combustión Interna
4.2 Resultados Del Motor De Combustión Interna A Cargas Parciales
4.3 Resultados Termodinámicos Del Ciclo Orc
4.4 Resultados Del Sistema Motor Orc CAPITULO.
V: EVALUACIÓN DEL PROYECTO
5.1 Resultados Económicos Del Ciclo ORC
5.2 Resultados Del Sistema Motor ORC
5,3 Resultados Ambientales De La Implementación Del ORC

34
5.4 Resultados Comparativos De Todos Los Fluidos
5,5 Resultados De Todos Los Fluidos Variando Las Condiciones De Diseño
5.6 Resultados Del Tolueno Variando Sus Condiciones De Diseño
5.7 Resultados Del Benceno Variando Sus Condiciones De Diseño
CAPITULO. VI: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
6.1 Recomendaciones
6.2 Referencias Bibliográficas
6.3 Anexos

35
BIBLIOGRAFÍA
BERNARDO PEREZ, A. M. (JUNIO de 2015). RESEARCHGATE. Obtenido de
RESEARCHGATE:
file:///C:/Users/hp/Downloads/ponencia9CNIT_Bernardo_Peris_1.pdf
CORREIRA, J. (s.f.). Energy Information Administration (EIA).
MAPCARTA. (s.f.). MAPCARTA. Obtenido de MAPCARTA:
https://mapcarta.com/es/N5683088719
Maria becerra Rodriguez, V. J. (2022). CICLO RANKINE TEPEXI BOLETIN CIENTIFICO
. TEPEJI DEL RIO: BOLETIN SEMESTRAL.
PROMIGAS. (s.f.). PROMIGAS. Obtenido de PROMIGAS:
https://www.promigas.com/BEO/Paginas/ProcedimientosOperacionales/Estaciones.aspx
YPFB transporte S.A. (2020). YPFB transporte S.A. la paz bolivia.

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