Gas Natural Para Uso Domestico

1+ D, Vol. / N• 2Jebrel'O 2004, Págs. 3 •12

Facultad de lngenieri« Meclflllca - Uniuersidad Nacionn; de lngenieria

Lima - Perú

Cálculo y diseño de canalizaciones para gas natural seco

Marcel Sánchez Palacios

RESUMEN

Durante /IIuch9S años (os sisiemas de conducción para gas ban tenido UII desarrolío acelerado, desde (as primeras canaltzacione: cousuutdas el/ bambú en Cbiua basta (as modernas redes de polieli(ello que se usan en e( ámbilo mundia! actualmente. E( tema de liSOS y oeutajas que presenta el gas natural prooenteute de los pozos de Camisea, resulta ser algo cotidíauo, dejando de lado tenias COIIIO 1(/conduccíon o canalimctán de gas natura! para su l/SO.1:11 este anicuto se pretenderá mostrar los nuecos alcances en definiciones y tecuologías que se presemarán el/ este II/U!ln sector ellergélico del Gas Natura'. A SI/ L'eZ, es 1111objetivv primordial crear entre los ieaores 1(/ Cultura del Gas que tanta jalln hace ti nuesu» p(/ís, Jaque el cambio energético que representa la llegada del R(lS de Camisea implica 1/11 clima de desconocimteuto, desconfianza e inseguridad en Sil lISO. El aniculo cubre los aspectos tmponaiues de los sistemas de dislnbuClól/. S(' defillelllas caracteristicas principales de los componentes que interrienen en esos sistemas de diSlr¡IJllc/(jl/de acuerda a lo esltlblecldo en normas nacionales e intemacicnales. AdemlÍs se muestra una metodo­ logia de cálcuio pum el dnuensionamieuto de las tuberias para Sil canalizacián,

Palabras clave. Gas natural: canaluacion: disribucum; redes: instalnciones.

ABSTRAeT

Pormauyyears tbe Ras transpon sysiems bate bad a [ast detelopment staning.fronuhe ftrst hamboo pipeltnes in Chilla

, until tbe modern pO~l'elh)'le//eIIC'/~CI/I'l'f!III~)' used (/{/ ouer tbe uortd. 71Jeuses and tt(/I'({/Ila,qesoj Camisea natural g(/S are lI'ell known, leal'il/,~«side its 11'QlIspo11pipefillil/g 111 Ibis papel; it uill be shotun tbe I/el/' definttions in technologies in Ibis l/el/) el/erg)' sector (Jjthe I/{{III/'{/g( a:i. Adiliol1afly iI is imponanuo crea le a 11101115 tbe readers tbe Gas cultu re is so I/ece.'isaly in our COI///II)', since tbe l'//ergelie cbange 1/)(1/ represents tbe arriual oj tbe Camisea gas tmpltes a clima/e oj unauarenes, disuu« aud insecurity in its use. Tbe paper cooers tbe imponant aspects oj the dtsmbutíou sysiems, defillil/g Ihe 1/1(1;1/ charactetistícs c?ftbe iutercening compouents according to nationa! and intemauouaí uorms. Filia­ I~)' 11is sbol/'// aj dl'SlglI procedureforptpeltne sizing.

Key uiords: ,\'(Ill1ml gtls; pipellllillR: dtsuihutton: //{.'(5: jacilities.

INTRODUCCiÓN

las canalizaciones para GNS•, son un conjunto de tu­ berías }' accesorios unidos entre si que permiten la circula­ ción del gas por el interior de los mismos; los materiales de las tuberías y accesorios dependerán de la presión del gas a suministrarse y del medio por donde se proyectarán las líneas de tuberías.

El cálculo de estas canalizaciones varia en función de la presión del gas suministrado; dichos cálculos se basan en fórmulas reconocidas internacionalmente. Con respecto

I Siglas de Gas Natura! Seco

al diseno, se tendrá en cuenta parámetros fundamentales para la elección de rutas y materiales a usarse en las cana­ lizaciones.

Es importante resaltar que el grado de confiabilidad que tenga el usuario para hacer uso del GNS, dependerá de los trabajos bien realizados por todos los involucrados en este sector energético; no es peligroso trabajar con gas, mejor aun, es beneficioso, esto si se realiza respetando las nor­ mas involucradas para este tipo de trabajos.

marce/@l/lli.ed/l.pe - UXIGAS, F(lcllllad de II/gel/ielfa Mecáníca, Unicenídad Xaciol/al de II/gel/ied(/

Maree! Sáncbez PO/licios

La metodología de cálculo que se usará es la que nos da buenos resultados de una manera sencilla, además co­ rresponde a lo estipulado en reconocidas normas interna­ cionales, adaptadas a nuestra realidad.

CLASIFICACiÓN

Según la canalización de GNS se realice fuera o dentro del área de propiedad del consumidor [1], ésta puede cla­ sificarse en:

• Redes externas

• Redes internas

Las redes externas o redes de distribución corresponden a todas las tuberías que se entierran en calles y veredas, mien­ tras que las redes internas o instalaciones internas vendrían

a ser el conjunto de tuberías que se instalan dentro del

domicilio, comercio o industria.

REDES DE DISTRIBUCiÓN PARA GAS NATURAL SECO

Se conoce como distribución, al servicio público pres­ tado por el distribuidor que consiste en recibir el gas del transportista, conducirlo y entregarlo al consumidor, él tra­ vés del sistema de distribución.

El sistema de distribución, es la parte de los bienes de la concesión que está conformada por las estaciones de regulación de la puerta ciudad (ciry gafe), las redes de dis­ tribución, las estaciones reguladoras y las acometidas, y que son operados por el concesionario, bajo los términos del reglamento y del contrato 11J.

La red de distribución está constituida principalmente por redes de tuberías que se utiliza para distribuir el GN en una ciudad o región. Se puede hablar de la red de gas de una ciudad, de un país o de un continente. El objetivo principal es llevar el gas desde los centros de producción hasta los sitios donde se requiere o se consume.

Para esquematizar los componentes que intervienen en la distribución de G~S se ha tenido en cuenta la norma Gas Transmission and Distribution Piping Systems ANSI/ASME

13 31.83 111, estas son:

• la red de distribución y Otras redes, la estación puer­ ta ciudad, las estaciones reguladoras de presión, las estaciones de compresión, las acometidas y las co­ nexiones, que son utilizadas para la prestación de servicio en el área de la concesión.

Ya sea la forma de llegada de gas:

• Por gasoductos del transportista llegando ti una es­

tación puerta ciudad

• Por gasoductos virtuales haciendo uso de una esta­ ción de compresión para GNe• o una estación de GNU y llegando a una estación descompresora o regasiñcadora correspondientemente.

La estación puerta ciudad es el punto de enlace entre el Sistema de Transporte y el Sistema de Distribución. Consis­ te en instalaciones donde se aplican diferentes procesos al GN para adecuarlo a las exigencias que las entidades regu­ ladoras y que las normas técnicas establecen como requisi­ to para que este combustible se pueda distribuir como ener­ gético domiciliario.

Los procesos más comunes son: La filtración, la regula­ ción, el calentamiento, la medición, la odorización", con­ trol de la calidad del gas y equipo para limpieza de tubería. Para el caso de las estaciones de regasiñcación - solo se realizara las labores de filtración, la regulación. la medi­ ción, control de la calidad del gas y equipo para limpieza de tubería [21.

I.as tuberías que se usan para estas canalizaciones co­ rresponden a lo estipulado en la norma API 5L Une Pipe" [1], para presiones por encima de los 5 bar se recomienda hacer uso ele tuberías de acero al carbono grado X56 o superior, y para presiones menores e iguales a 4 bar se permite el uso de tuberías de polietileno, siempre que es­ tén enterradas, siendo éstas de media densidad (PESO) o alta densidad (PE 100), ele acuerdo a la presión de opera­ ción [3],

Las estaciones reguladoras de presión (ERP) tienen como componentes, elementos que permiten la ejecución de pro­ cesos de filtración, regulación y medición.

Estas estaciones, pueden diseñarse en función de su confiabilidad ("tren sencillo de regulación" o "tren paralelo de regulación"), seguridad, capacidad de suministro y otras funciones adicionales que desempeña.

J Persona natural o jurídica ubicada denuo del Área de COllcesiólIque adquiere Gas Natural Seco.

¡ El decreto supremo D.S. S• 042-99-EM menciona" esa norma como base para la clis/ribución de Gas Natural.

~ Gas Natural Comprimido. se obuene a presiones mayores que 200 bar.

; Gas Natura! Liquido, se ootiene bajo procesos criogénicos.

r. El Gas Natura! por naturaleza es inodoro, para su /ácil deieccion en el caso de/ligas, es mezclado COl1 /11/ gas aromático

denominado metil-mercaptano.

- Proceso en el cual el gas comprimido o licuado sllfre 1It1t1 expansién controlada para poder distnbuirse para su /ISO

1+ D, VolI N° 2febrero 2004,págs. 3•12

Según la presión del GNS a distribuir, esta se puede

En el sistema abierto (tipo espina de pescado), las tube­

clasificar en:

rías se conectan sólo de un extremo

van decreciendo en

Tabla l. CIt~$ijic(/ciólI de las ptesioue:

Rango de presión

diámetro a medida que se alejan de la ERP. Son sistemas

menos costosos, pero también POC() confiables en caso de

mantenimiento o interrupciones de servicio.

Alta presión

Media presión B

~'Ie(lía presión A

Baja presión

> 40 bar

25 - 40 bar

4 - 25 bar

15 - 4 bar

Esta clasificación es dada por la distribuidora para las redes externas; el gas a alta presión se loma del uansportis­ la y se regula en la estación puerta ciudad, para ser distri­

buido ;1 media r b;lja presión por tuberías hasta llegar a la

frontera del consumidor residencial.

Según d tipo de lopologÍ:l de los sistema de distrihu­

ción. se puede clasificar en: sistema cenado. sistema abier­

~stocion Pv~rtc. c"d.oI

mwll.l._1

• I~'~

- 'I~

to, sistema mixto.

En el sistema cerrado (tipo anillo), las tuberías se disc­ nan formando círculos cerrados, interconectados entre si permitiendo una rerircuhción de gas. el gas que no es usa­ do en una zona compensa la demanda de otra zona. Las camClerístic:tsde esta configuración se ven rdkjad:ls en la ronfiabilidad del sistema para sufrir interrupciones; al igual que el anillo principal se puede alimentar por varias ERP permitiendo una mayor ronfiabilidad del sistema. El costo iniciales demasiado alto. pero proyectándose a futuro" será la mejor inversión.

r:SlO<.'O'1

!'I,.", .. te

Fig. J. üql!('/JJ({!ir! distribución ti/lo auilk¡

Fig. 2. f::~q/{(!I/{(d{ e distribución ¡i/lo espina de pes((re/o.

En el sistema mixto, la combinación de ambos sistemas v,a descritos es la que tiene una tendencia más favorable. Se usan sistemas cerrados en las zonas más aglomeradas v de mayor riesgo, y sistemas abiertos en zonas de baja afectación.

INSTALACIONES INTERNAS PARA GAS NATURAL SECO

Son las instalaciones que se montan en la propiedad del cliente con el fin de conducir el gas a los puntOS de consumo.

Este tipo de distribución se puede clasificar en: Ins­ talaciones industriales, e instalaciones comerciales y do­ miciliarias.

En las instalaciones industriales, la presión de suminis­ tro dependerá de la demanda de gas)' de los niveles de operación de los equipos. Este tipo de instalaciones cuen­ tan con una acometida de derivación, una estación de re­ gulación de presión)' medición primaria. red ele tuberías )' una segunda regulación }' monitorco para cada equipo.

l.os niveles ele presión para estas instalaciones se ma­

nejan en dos etapas. Una primera etapa regulada en 1:1 es-

'El decmo supremo 0.5. N°042-99-EM menciona a esta norma como base para la elección de los materiales para las tuberías de distribltciónde GNS.

'. Serefierea que es normal que las zonas que no usan gas se contagian de las zonas vecinas que usan gas, permitiendo un crecí­

miento a futuro. es por ello que se sobredímensíona para cubrir estas necesidades.

!O Correspondeal caudal de gas en condiciones normales (O oC)' 1 atm).

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Mat'cel Sáncbez Palacios

ración de regulación primaria, donde el valor dependerá del diseño del sistema de tuberías y de la seguridad para

• Demanda proyectada futura incluyendo el factor de simultaneidad.

conducir el GNS por el medio en donde se encuentre, no •

excediendo una caída de presión del 10% de la presión

regulada [41.La segunda etapa de regulación se hará a la entrada de los equipos para obtener el GNSa la presión de •

operación de los equipos. •

Las ERP son de igual característica que las estaciones •

de distrito, pero en menor magnitud, ya que los niveles de

presión y caudal a regular son menores. •

Caída de presión permitida entre el punto de sumi­

nistro y los equipos de consumo.

Longitud de la tubería y cantidad de accesorios. Gravedad específica y poder calorífico del gas Velocidad permisible del gas.

Influencia de la altura (superior a los 10 metros).

Una configuración similar, tendrá las instalaciones co­ merciales, pero en niveles de presión y caudales menores. En las instalaciones domiciliarias de uso colectivo se tendrá una acometida de derivación para el conjunto con una pro­ longación domiciliaria, llegando a un gabinete de regula­ ción y medición que será proporcional al número ele usua­ rios del recinto. Por lo general, esta medición se hace a 100 mbar pasando a una red vertical que conduce el GN$ a cada apartamento, donde se regulará a 21 mbar para hacer su ingreso [S].Se tendrá a la entrada de cada departamento una llave de corte de 1/4 de vuelta, una válvula de exceso de flujo, el regulador de presión y la red de tuberías que conducirá el gas a cada gasodoméstico [6],

Las instalaciones residenciales estarán constituidas por la acometida de derivación, prolongación domiciliaria, si es necesario, llave de abonado, regulador (presión de salida de 21 mbar), medidor y tuberías hasta los gasodomésticos.

De acuerdo a los niveles de presión y consumo, la aco­ metida de derivación se puede tomar de una tubería de acero o de una tubería de polietíleno, siendo esta deriva­ ción elel mismo material de la tubería, mientras que en la instalación interna se podrán utilizar el cobre y acero como

• Material de las tuberías y los accesorios,

Las recomendaciones son:

1. Asumir un valor de diámetro comercial.

2. Calcular la caída de presión que se produce con el diámetro asumido.

3. Calcular la velocidad resultante del gas en la tube-

n/ a.

4. Verificar si las recomendaciones 2 y 3 son admisi­

bles para el gas en circulación.

Para el dimensionamiento de los diámetros de las tube­ rías, se admitirán fórmulas de cálculo reconocidos por las Normas Técnicas Peruanas (NTP), las cuales deben consi­ derar el rango de presión de cálculo.

Fórmulas simplificadas de RENOUARDv, álidas para los casos en los que la relación caudal (Nm.l/h)HIal diámetro (mm) sea inferior a 150 (Q/D<150) [6).

~stasfórmulas son:

Para altas y medias presiones: ~ 50 mbar.

Ql,82

materiales para las tuberías, siendo posible el uso de tube­

rías ele polietileno de media o alta densidad en casos pun­ tuales donde las instalaciones internas comprendan dentro de su recorrido un tramo enterrado que se desarrolle en la parte exterior de la construcción.

METODOLOGíA DE CÁLCULO

P; - PB2 = 51,5 x s x Lx 482

D'

Para bajas presiones: < SO mbar,

Ql,82

PA - PB = 25078 x s x L X D4,82

Donde:

(1)

(2)

Para el cálculo de tuberías de conducción de gas exis­ ten dístíraos métodos de cálculo y fórmulas, la selección de éstos dependerá de la familiaridad y comodidad del dise­ ñador con ellos.

El dimensionamiento de la tubería de gas depende, entre otros, de los siguientes factores:

PA y PII Presiones absolutas en el origen y en el extremo, respectivamente, expresadas en bar para alta y me­ dia presión y en mbar para baja presión.

s Densidad relativa del gas.

L Longitud equívalente" , en m, (se deberá tomar un

20% más de la longitud real).

• Máxima cantidad de gas requerida por los equipos Q

de consumo. D

Caudal, en Nm3/h.

Diámetro interior de la tubería, en mm.

11 El 20% en exceso cubre todas las caídas de presión por los accesorios.

I t D, VoL 1 N° 2febrero 2004, págs. 3 -12

Cálculo y diseño de canalizaciones per« gas natural seco

Para el cálculo de la velocidad de circulación del fluido se utilizará la siguiente fórmula.

(3)

Donde:

V Velocidad lineal, en mis

Q Caudal, en :'{m.lih.

P Presión absoluta en el extremo de la conducción, en bar.

o Diámetro interior ele la tubería, en mm.

En esta urbanización se definen sectores, los cuales se resumen en los siguientes írems:

• Ítem_l: Una plaza circular y un parque, en este par­ que estará instalada la estación de regulación de presión "ERP".

• Ítem_2: 11 manzanas pequeñas "Bk1" de viviendas multifamiliares de 6 pisos cada uno, con 4 departa­ mentos en cada piso.

• Ítem 3: 21 manzanas medianas "Bk2" de 16 vivien­

das cada una.

• Ítem_ 4: 4 manzanas medianas "Bk3" con 12 vivien­

das y una pequeña industria por bloque.

las propiedades del G~S son:

• Poder calorffíco superior

• Poder calorífico inferior

• Calor especifico

• Gravedad Específica

• Factor de compresibilidad

• Presión Atmosférica

: 43 J 20 kl/m'

: 36840 kl/m'

: 0,9971 kJ/kg

: 0,61 kg/Nm'

: 0,997'1

: 1,013 bar

• kem,» 4 manzanas grandes "Bk4" con 7 viviendas

y I¡ edificios, cada edificio cuenta con 10 pisos y 4

departamentos por piso.

Cada vivienda ó departamento dispone de una cocina de cuatro hornillas con horno, un calentador de agua instan­ táneo de 10 lIh y un pequeño calefactor cuyos consumos son 1,4; 2,27 Y 1,36 f'im;l/h respectivameme, lo que hacen un consumo por vivienda o departamento de 4,77 Nm$/h como

caudal máximo y un caudal de simultaneidad" de:

A continuación mostraremos trabajos realizados de cál­

culo y diseño para sistemas de distribución de G:'-JS.Todas las consideraciones se encuentran estipuladas en normas internacionales, normas nacionales NTP y Reglamentos.

CALCULO DE UNA RED DE DISTRIBUCION

Para el caso de distribución externa se modelará una urbanización de un área aproximada de 100000 m' En esta urbanización se tendrá como consumidores potenciales a todas las viviendas unifamiliares, edificios, comercios y pequeñas industrias.

Ladisposición de las manzanas de la urbanización y las medidas se muestran en la fig. 3.

114

Qs 2,27 + 1,36 + _,_ 4,09 Nm3/h.

2

Las pequeñas industrias son representadas por "Indl", "lnd2", "lnd3" y "lnd4" cuyos consumos son de 120, 400,

600 y 2300 Nm$/h, respectivamente.

Cálculo del caudal de diseño

Para la determinación del caudal de diseño se tomará en cuenta la simultaneidad que puede existir en los edifi­ cios o viviendas multifamiliares (sector A). En el caso de la simultaneidad que pudiera haber con todos los consumi­ dores ele la urbanización, se considerará un factor de si­ multaneidad fs=], debido a que el sistema se calculará para un caudal máximo.

Los factores de simultaneidad se escogieron ele acuerdo

'm'ol~'!? O O EJk2 ~ Bk2 ~r:1

Indl 00 [0 lB

.. ' .. ': ~

B I~4 ~;f.~~k4.:1 ¡::: ! IBk211Bk21 IBk21"

~2 B~B8BEJtjEJ

Fig.3. Modelamiento de la utbanízacián CI distribuir gas

(11•/"'1Om)

al número de usuarios.

Tabla 2. Calculo de los caudales del sector ¡l.

Usua./Edif. Caudal! Caudal!

Sector A Cant. o vivo usual

(Nm'/h) fs Edif. o vivo

(Km•l/h)

Vivo indep. 396 ] 4,09 1 4,09

Vivo mult. 11 24 4,09 0,4 39,26

Ediñcios 16 40 4,09 0,4 65,44

Caudal total sector A 3098,58

u s~considera el consumo de los dos {!,t/sodomeslicosde mayor consumo más el promedio aritmético de los restantes.

1 + D, VoL 1 N° 2febrero 2004,pdgs. 3 - 12

Marcel Sáncbez Palacios

Para el caso de las industrias (sector B) se asume un fs=l, debido a que en este sector los equipos que usan gas tienen un tiempo de operación grande.

Tabla 3. Cálculo de los caudales del sector B.

Distribución de los nodos:

Cada nodo soportará el caudal de un grupo de bloques

definidos como zonas, por ejemplo, en la fíg. 5 se muestra la zona 6.

Tabla 6. Cálculo de los caudales por nodo.

nodo Carga Caudal

(NmJih)

1 suma de caudales

6518,58

2 5_Bk1+6_Bk2+Bk3a+2_Bk4

1338,82

3 3_Bk1+3_Bk2+Bk3c 963,19

Caudal rotal sector B 3420

Tabla 4. Caudal de diseu:

Usuarios Caudal total (Nm3/h)

427 6518,58

4 5_Bk2+Bk3c1 2676,28

5 3_Bkl +3_Bk2+Bk4 604,50

6 3 Bk2+Bkb+Bk4 935,79

noclo 1

If) 6518.58

Cálculo de la línea Ironcal"

SISTEMA DE DISTRIBUCION ABIERTO RECORRIDO DE LA

::, NM3/h

noclo 2

1338.82

Según el área destinada para la distribución de gas y la cantidad de consumidores, se realizará una distribución tipo espina de pescado. El primer trazo es la de la troncal prin­ cipal y se ubicarán los nodos de los tramos que soportarán un determinado consumo por zona.

Tabla 5. Calculo de los caudales por Bloque",

Vivienda Edificio Industria Caudal

TRONCAL

r-,

NM3/h

963.19

NM3/h

B10q Cant: Caudal Cant Caudal Cant Caudal Total

BkI O O 1 39,26 O O 39,26

Bk2 16 4,09 O O ° ° 65,44

Bk3a 12 4,09 ° °

Bk3b 12 4,09 ° O

Bk3c 12 4,09 O °

Bk3d 12 4,09 ° ° 1 2300 2349,08

Fig. 4. Distribución de los nodos eh la línea troncal

Los cálculos realizados se resumen en la tabla 7.

V

Bk4 7 4,09 4 65,44 290,39

Caudal Total 6518,58

Para el cálculo de la línea troncal se considera que a la salida de la ERP se tendrá una presión de 4 bar MI;.

2 - 3 5179,76 160 85,2 3,95 3,91 40 15,59

3-4 4216,57 140 85,2 3,91 3,85 52 16,75

4 - 5 1540,29 90 158,4 3,85 3,72 133 15,23

5-6 935,79 75 158,4 3,72 3,59 133 13,71

1.1 La línea troncal se refiere a la tu.beríaprincipal del sistema.

14 Se ban definido bloques para mejorar la distribución de caudales por nodo, las disposición de éstosse muestran en la fig. 1.

1; 4 bares manométricos es una presión de referencia que se ha tomado de trabajos realizados de distribución.

1 + D, Vol.J N° 2febrero 2004, págs. 3•12

Cálculo J' diseiur tle canatizaciones pur« .~IISnatural seco

7_-)

mente enterrada, las uniones se realizarán por termofusión I-K 559,51 50 4,68 3,72 3,71

O electrocución según el caso.

11 17,96

tna vez calculada la troncal principal se procederá al

K-L

28,63

25 11.06

3,71 3,71

3 3.68

cikulo de las tuberías ramificadas por zona, por ejemplo, K-.vl 130,88 25 0,60 3,71 3,71

en la [¡g. 3 se muestra la disposición de las ramificaciones M-N 2!¡,51¡ 25 6,60 3,71 3)0

de la zona 6.

3 16,82

),15

M-O 106,34 7--)

4,68 3,71 3,69

15 13.7l

Fsras tuberías también serán de PF.~If) y se conectarán

SCgL1I1 la demanda de géls que exista, todas las conexiones )

después de tendida la línea troncal se realizarán sin cortar O-Q 65,44 25 0,60 3,69 3,69

el suministro de gas. para ello existen múltiples accesorio Q-R 2454 25 6,60 3,69 3.69

de PE¡' que nos permiten trabajar sin cortar el suministro.

4 4,22

1 8A~

CADA TRAMO SOPORTA LA CARGA DE CIERTA ZONA, POR EJEMPLO EL TRAMO 5-6 SOPORTA LA CARGA DE LA ZONA 6

R N J

T P L

Fig. 5. nisposiciól/ de ramificaciol/es de la zona 6

Todo usuario en esa zona deberá tornar el gas del tra­ mo correspondiente a esa zona, la disposición de las tube­ rías seguirán el mismo proceso del diseño de la línea tren­ GIl.

siguiente labia:

Tabla 8. Ctí/clllo di' los diámem» de las Iwnificacioll''S.

Q-S 40,90 25 14.52 ),69 3,68

Como se observa en los resultados la tubería de menor diámetro es de 25 mm, en el supuesto que se hubiera loma­ do factores de simultaneidad para cada zona, este diámetro se reduciría, pero un sobre dimensionamiento nos asegurará cubrir las posibles demandas que hubiesen en el futuro.

CALCULO DE INSTALACIONES INTERNAS

Cálculo de red interna - residencial

DalOS elel edificio considerado:

• No es una construcción nueva.

• Existen 40 departamentos en el edificio.

• Tiene lO pisos con cuatro departamentos por piso y

una distancia entre pisos ele 3 m.

Cada departamento está equipado con cocina-hor­ no, calentador instantáneo de 10 I/h Y caldera de calefacción pequeña.

La instalación se realizará con una regulación de dos

Tramo Q.

O L P\ PB

t.\P V

etapas. siendo las etapa de:

(\m3!h) (mm) (m) (bar) (bar) ímbar) (mis)

• Toma de derivación para el edíñoo, tubería de po­

lierileno de media densidad PESO (enterrada).

E-F 24,54 25 6,60 3,68 3,68 1 .),17

20 medidores por banco, con una caída de presión de 1 mbar como máximo y un regulador a la entra­

G-H

32,72 25 1'1,06 3.';9 3,59

4 4,32

da de cada medidor, la presión regulada será de 100

mbar y a la salid" elel medidor será ele 99 mbar.

A-I

579,96 )0 0,72 3,72 3,72 2

18,59

" Po/ielilello de media donsidad.

,. RelllciólI espesordiámeuo, el/ II/lIIlm.

1I Abrel'iatum de po/ielileno

J + D, VoL 1N" 2febrero 2004, págs. 3•12

Marcel Sdncbez Palacios

C-D9 41,40 4,09 99 59,11 12,70 39,89 39,89 9,05

C-DI0 46,00 4,09 99 S4,59 12,70 44,41 44,41 9,09

D-E 3,96 4,09 20 19,43 19,05 0,57 0,57 4,18

E-F 5,52 3,41 20 19,43 19,OS 0,57 0,57 3,48

F-G 6,24 2,27 20 17,83 12,70 2,17 3,30 5,23

E-I 0,48 1,36 20 19,74 9,54 0,26 0,83 5,56

F-H 1,44 1,14 20 19,44 9,54 0,56 1,14 4,63

Fig. 6. Recorrido de las tuberías en el edificiO.

• Tuberías de cobre tipo K para la conducción del gas antes de la segunda regulación, considerando que la perdida de presión no supere los 50 mbar,

• La segunda regulación se realiza al ingreso de cada departamento, siendo la presión regulada de Zlmbar La conducción de gas se realizará por medio de tu­ berías de cobre típo K o L hasta los gasodoméstí­ cos, y la pérdida de presión en las tuberías no supe­

rara 1,5 mbar.

La conexión a la línea municipal de gas se realizará por medio de una T de derivación que es un accesorio que se monta a la tubería permitiendo una derivación al consumi­ dor, este accesorio se une por electrofusión. Se usarán ele­ mentos de transición PE-Cu para realizar la unión y las tu­ berías de cobre se unirán con soldadura de plata

Cálculo de red interna - industrial

La instalación que se calculará es para una industria cerámica que cuenta con 4 calderos de 4 BHP cada uno y desea hacer el cambio de combustible de petróleo residual por GNS. El trabajo consiste en realizar el cálculo de la instalación para suministrar gas a los 4 quemadores que se adquirirán para los calderos.

Para la determinación de los diámetros de las tuberías Toda instalación industrial cuenta con:

se considera que existe simultaneidad solo al ingreso del •

edificio y que la velocidad del gas no elebe superar los 20 m/s 19 [S].

Los cálculos realizados se resumen en la tabla8.

Tabla 8. Cálculo de los diámetros de las tuberías.

Toma de derivación para la industria de la tubería que pasa por la frontera del consumidor o de la troncal de acero". Según sea el nivel de presión a recepcionar, la tubería puede ser de polietileno ele alta PE100, polietileno de media densidad PE80, Ó acero según especificación de la norma API 5L.

Tramo

• Una ERP primaria, donde se realizará la filtración, regulación y medición. Estas estaciones, pueden

A-B 4,80 65,45 1000 986,22 25,40 13,78 13,7819,31 diseñarse en función de su con fiabilidad y seguri- dad, pueden ser desde un tren sencillo de válvulas

C-D1 4,60 4,09 99 94,64 12,70 4,36 4,36 8,76 hasta estaciones monitoreadas bajo un sistema SCA•

C-D2 9,20 4,09 99 90,26 12,70 8,74 8,74 8,79 DA.

C-D3 13,80 4,09 99 85,87 12,70 13,13 13,13 8,83 • Tuberías de acero a cédula 40 Ó cobre tipo K para la conducción del gas antes ele la regulación secun-

C-D4 18,40 4,09 99 81,45 12,70 17,55 17,55 8,87

darla, y PEMD o PEAD si fueran enterradas; consi

C-D5 23,00 4,09 99 77,02 12,70 21,98 21,98 8,90 elerando que la pérdida de presión en las tuberías no supere el 20% de la presión inicial 14].

C-D6 27,60 4,09 99 72,57 12,70 26,43 26,43 8,94

La regulación secundaria se realiza a la entrada de cadJ

e-D7 32,20 4,09 99 68,11 12,70 30,89 30,89 8,98 aparato de consumo, siendo ésta un tren ele regulación siro

C-D8 36,80 4,09 99 63,62 12,70 35,38 35,38 9,01 pIe donde se realiza filtrado y regulación entre otros.

19 Para evitar vibraciones y ruidos en. el sistema de tubetias.

1 t D, Vol 1 N° 2febrero 2004, págs. 3 . 12

Cá1C1I10.ld' iseño de cnnaltzaciones para gas natural seco

Cálculos para determinar el consumo de la

I caldera

Se sabe que:

Caldgro Co.'dt>ro eatdp"o Co.lot'ro

1 2 3 Á

H !

rn rn fII rn

n C> C>

a>

r

Entonces como la potencia ele la caldera es de 400 HP: •

Producción de Calor = 400 BHP . 33'175

0•2288

Nn3/h

o

:>" 2.5M

= 13390000 RTLi/h

Luego sumamos el calor entregado por transformación. Flujo másico de vapor:

o Pr oducción de la Caldera

rnVAPOR = (4)

Fig. 7. F.Sf/ue/J/(/ "Ia)' - oiu" isom« rico.

Los cálculos realizados para la obtención de los diáme­

tros de las tuberías se resumen en la tabla9

Tabla 9. cáicuto da los diámetro: de las tuherias.

P V

o 13390000

(Nm>!h) (mm) (m) (bar) (bar) (m/s)

m VAI'OR = = 15600 lb / h

A-S 2288 110 35,76 2,7 2:67 1,r)

19A5

858,3

o

H-C 1144 90 1,5 2,67 2,67 0.04 14.55

C-E 1144

m VAPOR = 7092 kg VAPOR / h

e-D -7)

Calor entregado por el vapor:

E-F

)-1,-)

Q= m'."Jl<l' • C}> • 11T (5)

Q = 15600.J BTU . (295.8 R) = 4614657 BTU / h

lb. R

-...,)

)/-

C-I )-

E-H -7)

Calor Total = 13390000 + 4614657

Calor TOlal = 18004658 BTU/hr

F-G

)-/--1

Para la salida de cada tubería se montará una estación

Asumiendo una eficiencia térmica n=90 % para gas na­

tural seco y poder calorífico (PC) = 8800 Kcal/Nm' (34920.6

BTU/Nml):

secundaria de regulación. filtrado}' sistemas de control.

Calor Total

Consumo por Caldera = (6)

pe'r)

Consumo por Caldera = 572 Nm3/h

Debido al alejamiento (ver fig. 7) que existe entre las acometida de las instalaciones y los calderos, se torna la opción de realizar la instalación subterránea con tubería de polictileno ele aha densidad con SDR 11. esta opción está estipulada en las i'\TP para instalaciones internas industria­ les.

Para las instalaciones enterradas se considera 60 cm como profundidad mínima (I¡) de entierro. La salida al exte­ rior se realizará por elementos de transición PEAD-Cl! Ó

PEAD-Acero.

RECOMENDACIONES

• En los cálculos, los criterios que las )\TP exigen para cada caso, nos asegura que los diseños serán segu­ ros y confiables.

• Si bien en las NTP admiten el uso de tuberías plás­ liGIS de polieuleno, se debe ser conciente que el PE como cualquier plástico tiende a degradarse cuan­ do está expuesto mucho tiempo al medio ambiente, es por ello que se recomienda su uso sólo cuando

el tendido es bajo tierra.

• Las canalizaciones de GNS se diseñan según su ni­

vel de presión, siendo esto de gran importancia para

ÚJSgmde'\ consumtdores. c()mo. por ejempío. los gasocelllros, necesita» el g(l~a la 1I1(I)'or presiól/ de dtsuibucuin pare! usar

11//(/menor compresión.

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conocer el nivel de estudios que debe tener el pro­

yectista y la calificación de los soldadores.

• Un modo de diseño y selección de tuberías, es ha­

cer uso de tablas donde se tabulan datos de cauda-

les, longitudes, caídas de presión y diámetros co­ merciales; de esa forma se evita ser redundante en los cálculos y se obtiene valores comerciales.

REFERENCIAS

[1] Reglamento de Distribución de gas natural por red de duetos, aprobado por el Decreto Supremo N° 042-99•

EM.Ministerio de Energía y Minas, Lima-Perú.

[2J Norma: Gas Transmission and Distribution Piping Systems ANSI/ASME B•31.8, Edition 2000, 06-jun-2000 American

Society of Mechanical Engineers.

[3] Norma: Speciíication for Line Pipe API 5L, 420d Edition, 01-jan-2000. American Petroleum lnstitute.

[4] Esquema de Norma Técnica Peruana - Gas Natural Seco. Instalaciones Internas Industriales, l" Edición, dkiembre

2002. Comisión de Reglamentos Técnicos y Comerciales - INDECOPI, Lima-Perú.

[51 Esquema de Norma Técnica Peruana -Gas Natural Seco. Sistema de tuberías para instalaciones internas residencia les y comerciales, l' Edición, mayo 2003. Comisión de Reglamentos Técnicos y Comerciales - INDECOPI, Lima Perú.

[6] Especificaciones Técnicas de Gas ETG-65, Instalaciones Receptoras de Gas en locales destinados a Usos Domésti cos, Colectivos o Comerciales, Edición 3.1, Enero 2000. Sociedad de Gas de Euskadi S.A. (NaturGas), BILBOGA~ S.A., España.

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