Calculo instalaciones glp

CAPITULO III

2. TEORÍA DE CÁLCULO Y DIMENSIONADO DE INSTALACIONES DE GAS

CENTRALIZADO PARA EDIFICIOS

Al ser de nueva tecnología, y sobre todo de gran utilidad para la ciudad de Cuenca en el

sector residencial edificios, se expone a continuación el tema de cálculo y dimensionado

de instalaciones de gas centralizado. Se hace énfasis en éste tipo de instalaciones, ya que

basados en la investigación de campo realizada en la visita a la Feria de la Construcción

en Cuenca a diciembre de 2008, se puedo constatar (ANEXO XVIII) la aplicación de

las instalaciones centralizadas en la totalidad de los proyectos de edificación (15

edificios), siendo éste un indicador fiable del crecimiento de la demanda para éste tipo

de instalaciones. Lo cual no ocurre con las urbanizaciones (ANEXO XIX), que al existir

proyectos en menor cantidad (11 urbanizaciones), aun no han incursionado con el uso

de instalaciones centralizadas, y no dejan de ser interesantes, ya que se vuelven en

Cuenca una plaza de negocio esperando por ser explotada.

Ahora bien, estos antecedentes dan la pauta para enfocarnos en el cálculo y

dimensionado de instalaciones centralizadas, tomando en cuenta los requisitos técnicos

que solicita la norma INEN 2233:2002 para instaladores autorizados con categoría tres y

cuatro (“IG-3” e “IG-4”), en donde se establece tener los siguientes conocimientos para

realizar las actividades de instalación de gas centralizado:

Teoría del Gas Licuado de Petróleo

Materiales para instalación de gas centralizado:

Tuberías, Accesorios y Equipos

Componentes de la instalación de gas centralizado

Teoría de cálculo y dimensionado de instalaciones de gas centralizado

Prevención y Control de accidentes

1.1. MARCO TEORICO

1.1.1. EL AIRE Y LA COMBUSTIÓN

Como ya lo hemos venido mencionando GLP es el acrónimo de los gases licuados de

petróleo butano y propano comerciales, que en adelante se los nombrará como butano y

propano. Los GLP son hidrocarburos combustibles que en estado normal se encuentran

en fase gaseosa.

El aire es una mezcla de gases que rodea la tierra (21% O2, 78% N2) y permite la vida,

lo respiramos y lo necesitamos para producir calor por combustión. La combustión es

sinónimo de oxidación y consiste en la unión del oxigeno con la sustancia combustible,

así entonces, la combustión del hidrocarburo gaseoso (GLP) es un proceso de oxidación

mediante el cual se libera la energía contenida en el mismo produciendo calor y

radiación luminosa. Para que la combustión tenga lugar han de coexistir tres factores;

Combustible (GLP), Comburente (Oxigeno) y la Energía de activación, que es el

elemento desencadénate de la reacción de combustión, que en la actualidad, suele

obtenerse mediante una chispa eléctrica. De esta manera se conforma entonces el

denominado triangulo de la combustión (GRAFICO XVIII), en el cual si falta alguno de

los vértices la combustión no puede llevarse a cabo.

GRAFICO XVIII

COMBUSTIBLE

“GLP”

ENERGIA DE

ACTIVACIÓN

“CHISPA

ELCTRICA”

COMBURENTE

“OXIGENO”

Para una combustión perfecta del oxigeno con el carbono, hidrogeno, azufre, y demás

compuestos del combustible gaseoso, son necesarios por cada átomo de carbono, dos

átomos de oxigeno, formando el gas anhídrido carbónico (CO2), así entonces, la

combustión del gas puede desarrollarse en forma óptima en cuyo caso se denomina

“combustión completa”. Y si esto no ocurre se denomina “combustión incompleta” y

constituye un grave riesgo para la vida porque se genera Monóxido de Carbono (CO),

que es la combinación de un átomo de carbono con un átomo de oxigeno, el cual es

toxico.

Los artefactos que consumen gas doméstico (cocina, calefón, secadora) y se encuentran

en mal estado producen una combustión incompleta y en consecuencia generan

Monóxido de Carbono (CO), el que es altamente toxico.

En un espacio no ventilado, con un elemento u otro artefacto de consumo de gas, el

oxigeno del ambiente va disminuyendo en el tiempo, y el peligro va incrementando,

esto se llaman Anoxia (falta de oxigeno en el aire que respiramos), lo que provocará

asfixia por inhalación de Monóxido de Carbono (CO).

1.1.2. EL GAS LICUADO DE PETRÓLEO “GLP”

La extracción del GLP se efectúa en los campos de explotación o pozos gasíferos y en

los yacimientos de petróleo e incluso se obtienen del refinado del petróleo por

destilación fraccionada del mismo modo que se obtienen otros derivados del petróleo

como la gasolina. Se almacenan y distribuyen en estado líquido en recipientes

herméticos a presión.

El gas licuado de petróleo o GLP es un compuesto formado por mezclas de los

hidrocarburos Propano y Butano, siendo estos compuestos orgánicos permanentes de la

familia de los carburos de hidrógeno saturados (CnH2n+2), lo que permite obtener

Propano (C3H8) y Butano (C4H10).

Los GLP más comunes son entonces, el propano y el butano comerciales. Ambos se

comercializan cumpliendo especificaciones establecidas por la norma. Y sus mezclas de

manera proporcional, como vemos en forma resumida a continuación son:

TABLA III

*Fuente: El GLP, Cepsa

El propano comercial se usa principalmente como combustible en instalaciones

centralizadas para el sector residencial, industrial, comercial y automotriz. El bajo punto

de ebullición (-45OC) del propano hace posible utilizarlo en las condiciones más frías

del invierno.

Inflamabilidad y combustión.- Ambos gases forman con el aire mezclas inflamables y

necesitan una gran cantidad de aire para su combustión. Resultan inflamables en el aire

solo cuando se mezclan en una cierta proporción:

Propano: entre el 2.2 y el 9.5 % de propano

Butano: entre el 1.9 y el 8.5 % de butano

Presiones de consumo más usuales de los GLP

Propano comercial: entre 37 y 50 mbar

Butano comercial: 28 mbar

Densidad.- El butano y el propano líquidos son más ligeros que el agua. Por

consiguiente, cuando un depósito o botella de GLP contiene agua, ésta se deposita en su

fondo. En estado gaseoso son más pesados que el aire y, por lo tanto, cuando se fugan

se depositan en las zonas más bajas.

Corrosión.- Los GLP no corroen al acero, ni al cobre o sus aleaciones y no disuelven los

cauchos sintéticos por lo que estos materiales pueden ser usados para construir las

instalaciones. Por lo contrario disuelven las grasas y el caucho natural, por esta razón las

juntas, conducciones flexibles, etc., no pueden ser de este último producto.

Toxicología.- Los GLP no son tóxicos. La inhalación del GLP puede producir una ligera

acción anestésica. El riesgo de asfixia sólo sobreviene cuando existe falta de oxigeno,

para producir la combustión completa. La combustión directa de los GLP, cuando se

realiza de forma incompleta, (sin el aporte necesario de oxigeno) al igual que sucede en

otros combustibles, puede producir monóxido de carbono (CO), una vez desprendido

este componente, se vuelve toxico para el entorno.

Olor.- Los GLP carecen de color y olor natural por lo que, para poder detectar por el

olfato las eventuales fugas que pudieran ocasionarse, se les añade antes de su

distribución un odorizante peculiar a base de mercaptanos. El olor es sentido cuando

todavía se encuentra la mezcla muy por debajo del límite inferior de inflamabilidad.

Contaminación.- El GLP es el combustible ecológicamente más respetuoso con la

naturaleza pues su combustión no contamina la atmosfera. Al estar estos gases exentos

de azufre, plomo y sus óxidos, la combustión es limpia, no produce olores ni residuos

(hollín, ni humos). Los productos de la combustión (PDC) del GLP, son solamente el

anhídrido carbónico (CO2) y el vapor de agua (H2O). Los GLP no se disuelven en el

agua ni la contaminan por lo que se pueden utilizar en embarcaciones como carburantes

y como combustible.

Poder Calorífico.- El poder calorífico es la capacidad que tiene un combustible de ceder

calor cuando está ardiendo. Siendo uno de los productos de la combustión PDC el

vapor de agua (H2O) cuando éste se condensa lo hace cediendo calor, cuando se tiene en

cuenta este calor añadido al propio del combustible se llama Poder Calorífico Superior

(P.C.S.) y su valor para el propano es 11900 Kcal/Kg, en caso contrario se lo denomina

Poder Calorífico Inferior (P.C.I.), y es 11082 Kcal/Kg para el caso del gas propano

comercial.

1.2.MATERIALES PARA INSTALACIÓN DE GAS CENTRALIZADO

1.2.1. TUBERÍAS

Se utilizan tuberías rígidas o flexibles, metálicas o no metálicas para llevar o conducir

gas combustible desde un punto a otro, y según NORMA 2260:

a) Estas deben resistir la acción del gas combustible y del medio exterior, al que

deben estar protegidas, mediante un sistema eficaz.

b) Los espesores de las paredes de las tuberías, deben cumplir como mínimo con

las condiciones de ensayo de presión impuestas a estas instalaciones, y deben

tener una resistencia mecánica que cumpla con los requisitos de las normas de

cada tipo de tubería.

c) Las tuberías vistas deben ser señaladas e identificadas con los colores de acuerdo

a la NTE INEN 440 (blanco para conducción de GLP en estado liquido y

amarillo para la conducción en estado gaseoso) y las ocultas (embebidas,

enterradas o por ductos) señalizadas.

Entonces, los tipos de tubería que se pueden utilizar según la NTN INEN 2260, son

metálicas y plásticas, siendo estas:

TUBERÍA DE ACERO AL CARBONO, mínimo cédula 40 y de acuerdo

con las normas ASTM A53 ó ISO 65; negra o galvanizada por inmersión en

caliente.

TUBERÍA DE COBRE, Rígida o flexible, sin costura, de tipo K o L, según

normas: ISO 1635 ó ASTM B 88. “K” espesor de pared > “L”

TUBERÍA DE POLIETILENO, De calidad PE 80 ó PE 100, deben ser

utilizadas exclusivamente en instalaciones enterradas.

1.2.2. ACCESORIOS Y VÁLVULAS

Las uniones de los tubos entres sí y de éstos con los accesorios y elementos de las

instalaciones, se deben hacer de forma que el sistema utilizado asegure la estanqueidad,

sin que esta sea afectada por las distintas presiones de gas que se puedan suministrar, ni

por el medio exterior con el que se encuentre en contacto.

1.2.2.1.UNIONES MEDIANTE SOLDADURA

Uno de los aspectos de destacada importancia en una instalación de gas domiciliaria es

el procedimiento de unir las tuberías y accesorios mediante soldadura. Las técnicas de

soldadura y en su caso, los materiales, de aportación para su ejecución, deben cumplir

con las características mínimas de temperatura y tiempo de aplicación, resistencia a la

tracción, resistencia a la presión y al gas distribuido y deben ser adecuadas a los

materiales a unir.

Según la norma NTE INEN 2260:2008

El proceso de Soldadura y los soldadores, deben estar certificados según Código

ASME Sección IX o ANSI/AWS A 5.8 o NTN INEN 128.

En la realización de las soldaduras, se deben seguir las instrucciones del

fabricante de los tubos, de los accesorios y del material de aporte, teniendo

especial precaución en la limpieza previa de las superficies a soldar, en la

utilización del decapante adecuado al tipo de soldadura y en la eliminación de

los residuos del fundente.

Las uniones soldadas deben ser siempre por capilaridad y soldadura fuerte, de

las cuales hablaremos más adelante, y para presiones de operación de hasta 400

kPa.

1.2.2.1.1. UNIÓN ACERO-ACERO

Las uniones de los tubos y accesorios de acero, según INEN 2260, deben realizarse

mediante soldadura eléctrica al arco. Para diámetros nominales (DN), inferiores o

iguales a 50 mm, es posible utilizar soldadura oxiacetilénica.

1.2.2.1.2. UNIÓN COBRE-COBRE

Las uniones de tubos de cobre se deben realizar mediante soldadura por capilaridad, a

través de accesorios de cobre o de aleación de cobre y utilizando materiales de aporte

clasificados como soldadura fuerte.

1.2.2.1.3. SOLDADURA POR CAPILARIDAD EN TUBERÍAS Y ACCESORIOS

DE COBRE

Por efecto del fenómeno de la capilaridad, la soldadura en estado líquido, penetra y se

extiende entre las piezas de una unión, del mismo modo que para el caso en que la tinta

impregna el papel secante.

La representación esquemática del fenómeno de la capilaridad es la que se muestra en el

siguiente gráfico a continuación:

GRAFICO XVIX

Fuente: “Usos del Cobre” Pro-Cobre Edición 2002

La capilaridad se produce cuanto menor y más regular es el espacio anular (intersticio)

que queda entre el tubo y el fitting (accesorio de unión). Por lo tanto, el perfecto ajuste

entre tubo y fitting es de fundamental importancia para la obtención de una unión bien

soldada.

La fuerza de atracción capilar es tal que hace que la soldadura fundida penetre en la

juntura, cualquiera sea la posición de ésta. La soldadura sube o baja sin la menor

dificultad.

Es una gran ventaja este procedimiento. Especialmente cuando se tienen que efectuar

uniones en sitios difíciles o de poca accesibilidad.

1.2.2.1.4. SOLDADURA FUERTE

La soldadura fuerte consiste en la unión de los metales a través del uso del calor y de

una aleación de aporte cuyo punto de fusión supera los 500 °C. No obstante, el punto

de fusión mencionado es más bajo que el punto de fusión de los metales a unir.

En el comercio, la soldadura fuerte en los tubos de cobre, se encuentra en forma de

varillas, desnudas o revestidas de desoxidante.

Estas se pueden dividir en dos clases:

Aleación con elevados porcentajes de plata y

Aleaciones cobre-fósforo.

Ambas clases de aleaciones tienen características muy diferentes. Especialmente en lo

que se refiere a fluidez y temperatura de fusión.

La primera de las aleaciones nombradas (con elevados porcentajes de plata) tiene un

intervalo de fusión según las aleaciones: Cu, Ag, Zn, Cd ó Cu, Ag, Zn de entre 600 °C

a 775 °C.

La segunda clase de las aleaciones de Cu, Ag P, Cu P, tiene un intervalo de fusión entre

650 °C - 820 °C.

Es necesario indicar que la plata, aleada con otros materiales igualmente vírgenes,

produce aleaciones de aporte, que sueldan:

Con segura y altísima confiabilidad y

A una bajísima temperatura de trabajo.

Las aleaciones comerciales con porcentajes de plata y temperaturas de trabajo son las

siguientes:

TABLA IV


1.2.2.1.5. FUNDENTES

Fundente es el nombre metalúrgico que reciben algunos materiales con capacidad de

acelerar el bañado de los metales cuando son calentados, por la aleación de aporte. El

objetivo de los fundentes es remover y eliminar los óxidos y otras impurezas de las

áreas y juntas expuestas a la acción de la soldadura y favorecer la fusión del material de

aporte.

Cuando se trabaja con tuberías de cobre, se considera adecuado depositar sobre su

superficie lijada, una pasta de soldar. Esta pasta de soldar está compuesta, por lo

general, de cloruro de zinc.

1.2.2.2.ACCESORIOS PARA UNIONES

Los accesorios de uniones para tuberías de cobre se conocen como conexiones o

fittings. Estas conexiones o fittings son fabricados cumpliendo normas internacionales

regidas por la ANSI B 16.15, ANSI B 16.18, ANSI B 16.26, DIN 28.56 y la norma

chilena NCH 396, por ser estos los fabricantes y mayores productores.

Los sistemas empleados para las uniones de tuberías de cobre son de dos tipos:

Permanentes, referidas a los extremos a soldar.

Desmontables, referidas a los extremos roscados.

1.2.2.2.1. DENOMINACIÓN COMERCIAL

Los extremos de los accesorios, en función de su conexión, se denominan:

“SI”: Extremo para Soldar Interior. Estos accesorios reciben la tubería de cobre

en su interior. También se le designa por “SO”.

“SE”: Extremo para soldar exterior. Estos se conectan al diámetro interior de la

tubería de cobre.

“HI”: Extremo roscado interior. Se emplean para uniones con accesorios o

tuberías roscadas.

“HE”: Extremo roscado exterior. Se emplean para uniones con accesorios o

tuberías roscadas.

Las conexiones con extremos de igual dimensión se designan con la medida nominal

que caracteriza a la tubería con que han de usarse, de acuerdo con la norma chilena

NCH 951.

En el gráfico a continuación se presentan algunos accesorios de cobre para uniones de

tuberías; roscados y para soldar, con su denominación comercial:

GRAFICO XX


GRAFICO XX (Continuación)


1.2.2.3.VÁLVULAS

Las válvulas de uso corriente se agrupan en cuatro grandes tipos:

a) Globo c) Bola

b) Compuerta d) Retención

A su vez, cada tipo de válvula se puede dividir según su presión de trabajo, que es la

que más se debe tomar en cuenta al momento de seleccionarla, y según sus extremos,

pudiendo ser de soldar o roscada.

1.2.2.3.1. VÁLVULAS DE GLOBO

Las válvulas de globo son altamente eficientes para el servicio de regulación o

estrangulamiento del flujo conducido por una tubería. Ello se debe al diseño del disco

de obturación y del asiento, lo que permite controlar de forma adecuada el caudal; por

tal razón las válvulas de globo existen en una amplia gama de asientos y discos de

obturación, así como de rangos de presión de trabajo, los que fluctúan desde 862 kPa,

1034 kPa, 1379 kPa, 2068 kPa y 2758 kPa.

Las válvulas de globo se encuentran en el comercio, principalmente para ser empleadas

en la conducción de agua, aceite, gas, vapor y oxígeno.

GRAFICO XXI


1.2.2.3.2. VÁLVULAS DE COMPUERTA

Las válvulas de compuerta presentan un paso directo del flujo. Se utilizan como

válvulas de corte, con el flujo en cualquier dirección y con una mínima caída de presión

debido a su diseño de línea recta en el paso del fluido. Las válvulas de compuerta

ofrecen poca resistencia al flujo y una mínima pérdida de carga cuando éstas se

encuentran completamente abiertas.

Las válvulas de compuerta ofrecen un servicio eficiente cuando se requiere de un

control del tipo abierto o cerrado. En este control, el disco debe estar completamente

abierto o cerrado. Estas válvulas no se recomiendan para la regulación del caudal.

GRAFICO XXII

Fuente: Pro-cobre Ed. 2002

1.2.2.3.3. VALVULAS DE BOLA

Las válvulas de bola, incorporan los últimos adelantos en materia de diseño. Están

construidas para dar un servicio óptimo y perdurable. Sus características principales

son:

Presentan un paso recto y completo del flujo; por este motivo no provocan

turbulencias y permiten la mínima pérdida de carga.

Son de cierre rápido. Para la abertura y posterior cierre, sólo basta con 1/4 de

giro de la manilla. En la manilla se indica la dirección del paso del flujo.

Requieren de un mínimo de espacio de instalación.

Poseen asientos de teflón auto-lubricante, lo que proporciona un ajuste y cierre,

suave y rápido.

Son durables, pues conservan sus condiciones aún después de miles de

accionamientos, incluyendo aplicaciones críticas.

Funcionan en cualquier posición de instalación.

Se pueden utilizar para: Gas de ciudad, gas licuado, gas natural, etc.

GRAFICO XXIII


1.2.3. EQUIPOS

1.2.3.1.REGULADORES DE PRESIÓN

La regulación de la presión es un proceso que permite reducir y controlar la presión del

gas en un sistema de tubería, hasta una presión específica para el suministro. La

regulación puede efectuarse en una o varias etapas.

El regulador de presión es un dispositivo que permite abatir y controlar la presión del

gas en un sistema de tubería; y puede ser ajustable o fijo.

El regulador es una válvula automática accionada por el movimiento de un diafragma o

membrana que sigue los efectos de la presión del gas.

El cuerpo del regulador está dividido por un diafragma (D) o membrana, en dos

cámaras. La cámara superior está en comunicación directa con la atmósfera a través del

orificio (F); el gas pasa de la entrada (E) a la salida (S), a través de la válvula de

regulación (VR). Un muelle tiende a abrir el obturador de la válvula VR, mientras que

la presión del gas se opone a la ejercida por el muelle. Así el obturador sigue los

movimientos del diafragma.

GRAFICO XXIV

Fuente: Manual de Instalaciones Cepsa, Edición 2001

En todo momento se establece equilibrio en ambos lados del diafragma, Por la parte

superior actúa la presión atmosférica más la producida por el muelle; por la inferior; la

del gas. La presión de salida será, por tanto, relativa.

Para dificultar la manipulación de los reguladores por personas no autorizadas, los

reguladores serán pre-cintables y se colocará una llave de corte previa si es que no la

llevara incorporada.

Las características fundamentales que definen a los reguladores son:

TABLA V

Fuente: Manual de Instalaciones Cepsa, Edición 2001

Según norma INEN 2260, los elementos de regulación que se utilizan en instalaciones

de gas combustible, deben ser seleccionados tomando en cuenta los valores máximos

del rango de la Presión Máxima de Operación (PMO manométrica), a tenerse en cuenta:

TABLA VI

AP (Alta presión) 140 kPa < PMO ≤ 200 kPa “GLP”

MP (Media Presión) 16 kPa < PMO ≤ 140 kPa

BP (Baja presión) PMO ≤ 16 kPa

Fuente: NTE INEN 2260:2008

De esta forma los reguladores quedan definidos como reguladores de tipo “AP”, “MP”

y “BP”, dependiendo del rango de presión máxima de operación (PMO).

Entonces:

El regulador de presión “AP”, me permite reducir la presión, desde una AP a

una presión inferior.

El regulador de presión “MP”, me permite reducir la presión, desde una MP a

una presión inferior.

El regulador de presión “BP”, me permita reducir la presión, desde una BP a una

presión inferior.

Los tipos de regulación están determinados básicamente por las necesidades de

reducción de presión que se presente en la instalación, por la condiciones de consumo y

para garantizar un suministro seguro del gas combustible.

Teniendo en cuenta las limitaciones de máxima presión permisible en las edificaciones,

se puede controlar el gas en las siguientes etapas:

Regulación de única etapa

Regulación en dos etapas

Regulación en tres etapas

Las condiciones en las que debe efectuar cada regulación, se establecen en la norma

NTE INEN 2260:2008, ANEXO XVI.

En el GRAFICO XXV se presentan a continuación, algunos tipos de reguladores

existentes en el comercio tomados del catalogo L-102-SV, de la marca española REGO.

GRAFICO XXV

Regulador compacto de primera etapa de alta presión, Fuente: Catálogo

L-102-SV REGO Ed. 2003

Regulador de segunda etapa de baja presión

Regulador de etapa única de baja presión

1.2.3.2.CONTADORES Ó MEDIDORES DE GLP

Los contadores son instrumentos destinados para medir la cantidad de gas suministrada

a una instalación de gas del usuario, en volumen. Se utilizan normalmente en las

instalaciones de gas centralizado para el reparto de los gastos originado por el consumo

de gas. Están regulados según norma UNE 60 510, y en nuestro país, para su utilización,

nos remitiremos a la norma ecuatoriana NTE INEN 2260:2008, en donde se citan los

tipos de contadores, la forma de instalarlos y la ubicación en las edificaciones

residenciales.

Los contadores se designan por la letra G seguida del valor del caudal nominal (Qn). El

que se designa por los valores del caudal máximo (Qmáx) y mínimo (Qmín), del

contador.

En el siguiente gráfico, se pueden observar dos contadores de procedencia colombiana,

instalados en un edificio residencial en la ciudad de Cuenca.

GRAFICO XXVI

1.3.CÁLCULO Y DIMENSIONADO DE INSTALACIONES DE GAS

CENTRALIZADO PARA EDIFICIOS

Antes de iniciar con los cálculos se expondrán una serie de conceptos necesarios que se

requieren en el proceso:

1.3.1. CAUDALES

Con el gas licuado de petróleo GLP se trabaja normalmente con caudales expresados en

[Kg/h]. Tan solo cuando se han de calcular las conducciones, se han de expresar los

caudales en [m3/h].

La transformación de la expresión másica a volumétrica se realiza dividiendo el caudal

en masa o flujo másico para la masa en volumen o densidad del gas en fase gaseosa. La

masa en volumen o densidad del propano comercial en fase gaseosa es de 2,095 Kg/m3

que para los cálculos se puede tomar 2 Kg/m3.

1.3.2. CONSUMO NOMINAL

Es el caudal nominal o flujo másico que depende de la razón entre la potencia nominal

total de los aparatos de consumo del edificio y el poder calorífico superior del GLP

[13.95 Kw h / Kg] ó [29.23 Kw h / m3], es decir:

Caudal Nominal o flujo másico “Q” expresado en [Kg/h]

Potencia Nominal Total expresado en [Kw] ó [Kcal/h]

Poder Calorífico Superior del GLP “P.C.S.” expresado en [Kcal/Kg] ó [kW

h / Kg]

Fuente: Instalaciones de GLP, Cepsa Ed. 2001

1.3.3. FACTOR DE SIMULTANEIDAD

Para el cálculo del caudal nominal o el caudal máximo probable se requiere la potencia

nominal total o el consumo calorífico de todos los artefactos a gas del edificio.

Es importante entonces, tener en cuenta un “Factor de Simultaneidad” que es el que

permite considerar un porcentaje del consumo total de la instalación ya que es posible

que no todos los aparatos o gasodomésticos funcionen al mismo tiempo.

El valor del factor de simultaneidad puede obtenerse a través de la aplicación de:

La Formula General, o

La tabla de “Factores de Simultaneidad”

De la formula general, se sabe:

Fuente: Instalaciones de Gas Pro-cobre, Ed. 2001

Donde:

“FS” = Factor de Simultaneidad

“PIT” = Potencia Instalada Total

“a, b, c” = Parámetros dependientes de los gasodomésticos conectados

Se establecen entonces las siguientes formulas, según el artefacto instalado:

COCINA


COCINA + CALEFÓN


Para artefactos cuya “PIT” sobrepase los 38000 Kcal/h


Por otro lado, para aplicar la tabla II de “Factores de Simultaneidad”, se debe indicar la

cantidad de instalaciones interiores o el número de viviendas, y el tipo de artefactos

conectados en cada vivienda; por ej., si tengo 10 instalaciones (o 10 viviendas) que

tienen cocina y calefón dentro de cada vivienda, el “FS” = 0,34.

TABLA VII


1.3.4. CAPACIDAD DE ALMACENAMIENTO

Según norma INEN 2260, los depósitos de GLP no se llenaran por encima del 85 % del

volumen total del depósito. La carga nominal o máxima del depósito se calcula en

función de la capacidad o volumen total del mismo, esto es:

Capacidad Nominal o máxima “Ca” expresada en [m3]

Volumen Total del Depósito “Vt” expresado en [m3]

Factor de multiplicación [0.85] (NFPA 58)

Que para obtener en [Kg] se tendrá que multiplicar por la masa en volumen o densidad

del propano comercial en fase líquida, es decir por 506,09 Kg/m3 que para los

cálculos se puede tomar 500 Kg/m3.

1.3.5. VAPORIZACIÓN DEL TANQUE

En un depósito o tanque estacionario, coexisten dos fases, es decir la de líquido y vapor.

Cuando del depósito se va extrayendo gas para su consumo, se va reduciendo la presión

de la fase vapor rompiéndose el equilibrio entre las dos fases. Como consecuencia de

ello se produce la vaporización de la fase líquida para tender a recuperar el equilibrio

perdido y facilitar el consumo de gas subsiguiente.

La vaporización en el depósito o el cambio de fase de estado líquido a vapor se produce,

primero tomando energía o calor del propio líquido y luego absorbiendo el calor a través

de las paredes del propio envase, exactamente de las paredes mojadas por el líquido,

pues al enfriarse el líquido este roba calor a las paredes que moja.

Si se realiza una toma de gas moderada, el líquido mantiene su temperatura pues todo el

calor necesario para la vaporización se va tomando del exterior.

Sin embargo al extraerse del recipiente un caudal excesivo, el enfriamiento del líquido

no podrá ser compensado por el calor procedente del exterior, pues éste resultaría

insuficiente. Aun más si la toma de gas es de larga duración la fase liquida puede

enfriarse tanto que la presión del gas que salga del recipiente va a resultar inferior a lo

requerido, llegando al punto de no vaporizar y en consecuencia dejar un remanente en el

depósito; lo que hará que el sistema sea ineficiente.

LA VAPORIZACION DEL GLP DEPENDE DE:

La Superficie Exterior del depósito, Aumentando a Mayor Superficie

La Superficie Mojada por el Líquido, Aumentando a Mayor Superficie

La Temperatura Exterior, Aumentando con ésta

Para determinar el caudal que un depósito puede vaporizar de forma natural, se utiliza la

siguiente fórmula:


En donde:

Capacidad o Flujo Másico de Vaporización “Vap” expresado en [Kg/h]

Superficie mojada “p”, es la superficie del depósito en contacto con el líquido. Y

sea calculado un valor de 0,336 para cuando el depósito está a un 20 % lleno.

(Fuente: Instalaciones de GLP, Cepsa Ed. 2001)

Superficie del depósito “S” expresada en [m2], es la superficie exterior total del

depósito y viene indicada por el fabricante.

Coeficiente de Transmisión de Calor “K”, es el coeficiente de transmisión de

calor a través de las paredes del depósito. Y sea calculado un valor de K= 0.014

Kw/ m2

o C, para situación normal y viento en calma. (Fuente: Instalaciones de

GLP, Cepsa Ed. 2001)

Temperatura exterior mínima del ambiente “Te”, es la temperatura exterior

mínima del ambiente en el que está instalado el depósito, se estima 8 o

C para la

ciudad de Cuenca.

Temperatura de equilibrio líquido-gas “Tg”, Es la temperatura del gas en el

interior del depósito, que depende de la temperatura de vaporización y la presión

de trabajo o de servicio en la red, es decir, la presión de salida del regulador

situado a la salida del depósito, según norma INEN 2260 la presión máxima de

trabajo será de 1.73 MPa, a la que corresponde una Tg = -20 o

C. (Fuente:

Instalaciones de GLP, Cepsa Ed. 2001)

Calor latente de Vaporización “CLV” del propano comercial, se considera un

valor de [0.11 Kw h/Kg] ó [94 Kcal/Kg]

En el gráfico a continuación se muestra una placa, misma que viene colocada en el

tanque estacionario o depósito de GLP, en donde se encuentra las especificaciones

técnicas del tanque.

GRAFICO XXVII

1.3.6. AUTONOMIA DEL DEPÓSITO

Es el tiempo mínimo que debe transcurrir entre dos llenados sucesivos del tanque

estacionario o depósito de GLP.

La autonomía puede fijarse en quince (15) o treinta (30) días, dependiendo del diseño y

sobre todo del costo de la instalación (tanques estacionarios).

Para calcular la autonomía de una instalación hay que tener en cuenta la cantidad

máxima de producto GLP que se puede consumir de un depósito, que será la cantidad

que se restituye en cada llenado, es decir el consumo diario útil o consumo nominal

total dependiendo de la autonomía (Tiempo de Retanqueo en días) que se le quiera dar

al sistema.

La norma INEN 2260 dice que un depósito no puede ser llenado más del 85 % de su

volumen total y de igual forma no puede ser vaciado más del 20 % de dicho volumen,

por lo que se considera como Volumen Útil a la diferencia de estos dos porcentuales, es

decir el 65 % del volumen geométrico total del depósito.

Para determinar el volumen total del depósito en función a la autonomía que se le quiera

dar al sistema se sabe:


Capacidad Útil o Consumo Nominal “Cu” expresada en [Kg]

Volumen Útil de Almacenamiento “Vu” expresado en [m3]

Factor de multiplicación [0.65]

Se considera la masa en volumen o densidad del propano comercial en fase

liquida 506,09 Kg/m3 que para los cálculos se puede tomar 500 Kg/m

3

Fuente: Instalaciones de GLP, Repsol Ed. 2000

1.4.DIMENSIONADO DE LAS TUBERIAS DE CONDUCCIÓN

Para determinar los diámetros de las tuberías de transporte de gas licuado de petróleo,

tanto de distribución como hacia los puntos de consumo, se deben considerar los

siguientes datos:


Caudal Nominal o Caudal Máximo [kg/h]

Longitud Equivalente de la instalación [m]

Perdida de Carga Admitida ó Diferencia de Presiones [kPa]

1.4.1. PRESIONES DE SERVICIO

Las presiones de servicio son las presiones a las que se encuentran las instalaciones o

redes de distribución y consumo. Y que según la norma INEN 2260:2008, en su primera

revisión, se clasifican en:

Media Presión (MP), de 0,16 bar a 1,4 bar ≈ 16 kPa - 140 kPa

Baja Presión (BP), hasta 0,16 bar ≈ 16 kPa

Estas a su vez dan nombre a las tuberías o líneas de transporte de GLP, quedando como

Líneas de Media Presión y Líneas de Baja Presión.

Las Líneas de Media Presión son un sistema de tuberías de distribución y suministro

con máxima presión de operación permisible entre las presiones antes mencionadas.

Las Líneas de Baja Presión consisten en un sistema de tuberías de suministro a los

puntos de consumo con una presión máxima permisible de hasta 16 kPa.

1.4.2. LONGITUD EQUIVALENTE

Al conducir o transportar gas licuado de petróleo a través de tuberías se produce una

disminución de presión del gas transportado, a la que se denomina Pérdida de Carga.

Esta pérdida de carga es consecuencia o se debe al roce o fricción del GLP con las

paredes de la tubería y a los cambios de dirección de la misma provocada por los

accesorios (codos, llaves, derivaciones, etc.). Para compensar la Pérdida de Carga se ha

definido de forma conveniente como longitud de transporte de gas a la Longitud Real de

transporte de gas más un 20 %, la cual se conoce como Longitud Equivalente de

transporte de gas.

Para el uso de la longitud equivalente, hay que tener presente, lo siguiente:

LE = Longitud Equivalente de Transporte de gas

LR = Longitud Real de transporte de gas

Factor de multiplicación [1,2]

Fuente: Instaladores Autorizados de GLP, Sedigas T1 Ed. 1998

LONGITUD EQUIVALENTE POR ACCESORIOS

Otra alternativa basada en el cálculo, es la de reemplazar los accesorios por tramos de

tubería de igual diámetro y que ocasionen una caída de presión igual a los accesorios. El

parámetro utilizado para hacer esta sustitución es la relación longitud/diámetro,

característica de cada accesorio (fuente: Ing. Roberto Silva Zea). Quedando la formula

de la longitud equivalente por accesorio de la siguiente manera:

LE-accesorio = Longitud Equivalente por accesorio

D = Diámetro de la tubería

LR/D = Relación longitud diámetro

Fuente: Ing. Roberto Silva Zea, Información del Curso “Instalaciones de gas”, 2008

Al realizar el cálculo con este procedimiento, se requieren los factores de relación

“LR/D”, que se presentan a continuación:

TABLA VIII

ACCESORIO RELACIÓN “LR/D”

CODO A 45O 14

CODO A 90O 30

TEE CON FLUJO A 90O

60

TEE A FLUJO 20

Fuente: Ing. Roberto Silva Zea, Información del Curso “Instalaciones de gas”, 2008

1.4.3. PERDIDA DE CARGA ADMITIDA [∆P]

La pérdida de carga admitida [∆P] en una instalación receptora de gas, es la máxima

disminución o caída de presión que puede producirse a lo largo de las tuberías

distribuidoras que alimentan a los aparatos de consumo; es decir:

∆P = Pi – Pf


Lo anterior, indica que la caída de presión es la diferencia de las presiones en el origen

de la tubería (Pi) y en el extremo de la misma (Pf).

En lo general el valor de la pérdida de carga admitida o diferencia de presiones es un

dato designado por la empresa comercializadora que suministra el GLP, y se ha

establecido que para el caso de media presión puede tomarse hasta el 25% de la presión

inicial y no sobrepasar un ∆P = 0,5 kPa; en cambio para baja presión es conveniente

considerar hasta el 5 % de la presión inicial.

(Fuente: Instaladores Autorizados de GLP, Sedigas T2 Ed. 1998).

Por otro lado, la norma INEN 2260, establece, que la presión en el origen o presión

inicial de la tubería matriz o red de distribución, es la presión en el primer regulador

ubicado a la salida del tanque estacionario; que al ser primera etapa en media presión,

tendrá que estar entre 16 kPa y 140 kPa.

Para el caso del regulador de segunda etapa en baja presión, ésta presión inicial en la

acometida interna, no deberá sobrepasar los 16 kPa, según lo establece la norma INEN

2260:2008

1.4.4. FORMULA DE RENOUARD PARA BAJA Y MEDIA PRESIÓN

La fórmula para baja presión nos permite calcular el diámetro de la tubería a usar para

llegar a los aparatos de consumo es decir tuberías que corresponde a una presión de

servicio de hasta 0,16 bar ó 16 kPa Y la fórmula para media presión da la pauta para

calcular el diámetro de las tuberías de distribución de GLP, con una presión de servicio

de entre 0,16 bar y 1,4 bar ó 16 kPa y 140 kPa.

Para el uso de la formula de Renouard, hay que tener presente, lo siguiente:

Pérdida de carga “∆P” expresada en [bar] ó [mm c. a.]

Presión de gas en el origen de la tubería “Pi” expresada en [bar] ó [mm c. a.]

Presión en el extremo final de la tubería “Pf” expresada en [bar] ó [mm c. a.]

Densidad ficticia, que para el propano comercial tiene un valor de 1,16

Longitud equivalente “Le” expresada en [m]

Caudal de gas “Q” expresado en [m3/h] ó [Kg/h]

Diámetro interior de la conducción “D” expresado en [mm]

Fuente: Instalaciones de GLP, Repsol Ed. 2000

Para el efecto es importante mencionar que para el cálculo y dimensionado de los

diámetros como es general en la mayoría de las situaciones de ingeniería los libros

concernientes al estudio de los combustibles gaseosos cuentan con tablas que facilitan la

selección de los diámetros pertinentes en el diseño de los sistema de gas a la vez que

evitan el cálculo repetitivo para cada diseño.

Las tablas para el caso del Gas Propano Comercial en Media y Baja presión que son

objeto de nuestro estudio podemos encontrarlas en el ANEXO XX del presente

documento.

En el caso de selección de diámetros para tuberías en Baja Presión de gas Propano

Comercial se requiere conocer:

Perdida de Carga en [mm c. a.]

Presión de Ingreso en [mm c. a.]

Caudal de gas en [Kg/h]

Y en el caso de selección de diámetros para tuberías en Media Presión de gas Propano

Comercial se requiere conocer:

Presión inicial [Kg/cm2]

Presión final en [Kg/cm2]

Longitud Equivalente en [m]

Caudal de gas en [Kg/h]

CAPITULO IV

2. APLICACIÓN PRÁCTICA DEL CÁLCULO DE INSTALACIÓN DE GAS

CENTRALIZADO, DEL EDIFICO SAN ISIDRO DE CUENCA

Para la aplicación práctica de cálculo, se hace referencia al edificio residencial San

Isidro ubicado en la ciudad de Cuenca, del cual se lograron obtener datos y sobre todo

ingresar a observar la instalación de gas centralizado y agua caliente centralizada; que

es lo que marco la pauta al momento de ubicar el edifico sobre el cual se iba a realizar el

estudio, de ésta manera se procede en el cálculo partiendo de datos reales de un edificio

que está en pleno funcionamiento.

2.1.DATOS REALES DEL EDIFICIO EN ESTUDIO

Nombre del Edificio: Edificio San Isidro

Ubicación: Av. Agustín Cueva y Remigio Tamariz, Cuenca-Ecuador

Número de pisos: Cinco (5) pisos

Número de departamentos: Veinte y dos (22) departamentos

Instalaciones de interés con las que cuenta:

Instalación de gas centralizado

Sistema de agua caliente centralizado

Para el sistema de agua caliente, cuenta con:

Cinco (5) calefones en serie, marca YANK

Un (1) calentador de agua sin marca

En la instalación de gas centralizado, cuenta con:

Cuatro (4) tanques estacionarios de 0,5 m3

Tuberías de cobre

Regulación en dos etapas

Primera etapa: Pi = 0.7 bar ≈ 70 kPa

Segunda etapa: Pi = 0.028 bar ≈ 2.8 kPa

Contadores para cada departamento

Tomas de gas para, cocina y secadora en cada departamento

Un (1) contador para los calefones y el calentador de agua

Consumo promedio mensual de GLP, (Dato AUSTROGAS, ANEXO IV):

499, 8 Kg de GLP al mes

Para respaldo en las gráficas a continuación se expone lo observado en la investigación:

GRAFICO XXVIII

Cinco calefones en serie, marca YANK, ubicados en la cubierta del Edificio San Isidro,

Cuenca-Ecuador

GRAFICO XXIX

Un calentador de agua, ubicado en la cubierta del Edificio San Isidro,

Cuenca-Ecuador

GRAFICO XXX

Cuatro tanques estacionarios de GLP, ubicados en la cubierta del Edificio San Isidro,

Cuenca-Ecuador

2.2.OBJETIVO DEL ESTUDIO TÉCNICO

Calcular y Dimensionar una instalación centralizada de GLP (gas licuado de

petróleo) para el edificio San Isidro, de la ciudad de Cuenca, mismo que cuenta

con cinco (5) plantas y veinte y dos (22) departamentos.

Seleccionar los tanques de almacenamiento en función del consumo de GLP, de

los usuarios del edificio San Isidro.

Realizar la selección de las tuberías de conducción de GLP y los demás

accesorios que conforman el sistema, de acuerdo a las normas establecidas.

Realizar el análisis de los resultados obtenidos, con respecto a la instalación real

y en funcionamiento del edificio San Isidro.

2.3.DESCRIPCION DEL ESTUDIO

Para realizar la aplicación de cálculo de la instalación de gas centralizado para el

edificio San Isidro, se consideran entre otros aspectos, la aplicabilidad de las normas,

consumos nominales, autonomía y vaporización de los tanques; todo esto con el fin de

lograr la mayar seguridad y eficiencia en la instalación.

La instalación de gas centralizado consiste en un sistema de almacenamiento y

distribución de Gas Licuado de Petróleo, el cual se encargará de suministrar gas

combustible a las áreas de: cocinas y secadoras en cada uno de los veinte y dos (22)

departamentos ubicados en las cinco (5) plantas, así como al sistema centralizado de

agua caliente, el que cuenta para su funcionamiento con cinco (5) calefones y un (1)

calentador de agua, que están localizados en la cubierta del edificio.

El sistema ha de ser abastecido por tanques estacionarios o de almacenamiento, los

cuales suministraran gas por medio de tuberías ramificadas o redes de distribución que

aseguren la entrega continúa a cada uno de los departamentos y a la zona de los

calefones a una determinada presión y caudal. La presión se regula en dos etapas a las

condiciones de trabajo exigidas por los fabricantes de los equipos ya sean estos: cocina,

calefón y secadora. Para facilidad y control de los administradores y usuarios se han de

colocar contadores volumétricos individuales, los que indicarán el consumo en cada uno

de los departamentos. Los contadores se han de ubicar en gabinetes o armarios

construidos para el efecto, mismos que contarán con puerta de acceso restringido, con la

finalidad de evitar manipulación de personas no autorizadas.

2.4.COMPONETES DE LA INSTALACIÓN

En la instalación se cuentan con equipos que garanticen un adecuado funcionamiento,

proporcionando seguridad al sistema y a sus usuarios, así como al personal que esté a

cargo en obra. Los principales componentes del sistema son:

a) Tanques de almacenamiento, fabricados bajo las especificaciones del Código

ASME (American Society of Mechanical Engineers), Sección VIII, División 1,

NFPA 58.

b) Accesorios para los tanques que garanticen su hermeticidad.

c) Líneas de distribución del gas, en fase de vapor de media y baja presión, se

empleará tubería de cobre tipo L (sin costura) bajo norma ASTM.

d) Sistema de Regulación en dos etapas

e) Accesorios para cambio de dirección y unión de tuberías

f) Válvulas de cierre rápido

g) Contadores volumétricos de GLP

h) Elementos de seguridad de la instalación para cortes de emergencia

i) Conectores flexibles

2.5.CÁLCULO DEL CONSUMO NOMINAL DE GLP

EI proyecto Multifamiliar consta de 22 departamentos, cada departamento contará con

dos puntos de consumo de gas (cocina y secadora); además, este edificio residencial

tiene una instalación centralizada de agua caliente provista de un calentador de agua y

cinco calefones. En la tabla VIX se indica el consumo calorífico promedio de estos

artefactos.

TABLA VIX

CONSUMO CALORIFICO O POTENCIA DE LOS EQUIPOS

Artefacto Cantidad Consumo calorífico

BTU/h Kcal/h kW

Cocina 1 48000 12000 14

Secadora de Ropa 1 20800 5200 6

Calefón 1 39904 10000 11,6

Calentador de Agua 1 120056 30000 34,9


Factor de conversión: 1 kW ≈ 3440 BTU/h ó 1 kW ≈ 860 Kcal/h

A continuación en la TABLA XI se indica el consumo calorífico de los artefactos del

edificio y la potencia instalada total o consumo del edificio residencial. Para en la

TABLA XII, estimar el consumo calorífico total del edifico considerando el “Factor de

Simultaneidad”.

Antes, usando la TABLA VII (pg. 160 de este documento) seleccionamos el factor de

simultaneidad; al no existir columna para Cocina y Secadora (Co-Se), Calefón (Ca), y

Calentador (Ca), se estimaran los datos tomando como criterio el consumo calorífico de

los artefactos, por ejemplo, existe columna de Calefón y Cocina (Ca-Co); entonces es

permisible adoptar ésta, ya que el consumo calorífico de la secadora es 50% menor que

del calefón, lo que da un rango a favor para hacer la estimación. Así mismo existe

columna para cocina (Co), la que es permisible adoptar para calefón (Ca), ya que el

consumo calorífico de éste, es menor que el de la cocina (Co). Por último para el

calentador se adopta la columna de “otros”, quedando entonces la selección de la

siguiente manera:

TABLA X

TABLA XI

CONSUMO CALORIFICO DEL EDIFICO EN ESTUDIO

Artefacto Consumo

calorífico

individual

[Kcal/h]

Número

de

Cocinas

Número

de

Secadoras

Número

de

Calefones

Númer

o de

Calenta

dores

Consumo

calorífico

Total

[Kcal/h]

Cocina 12000 22 ---- ---- ---- 264000

Secadora 5200 ---- 22 ---- ---- 114400

Calefón 10000 ---- ---- 5 ---- 50000

Calentad 30000 ---- ---- ---- 1 30000

TABLA XII

CONSUMO CALORIFICO DEL EDIFICO EN ESTUDIO, CONSIDERANDO

“FACTOR DE SIMULTANEIDAD”

Consumo calorífico

total [Kcal/h]

Factor de Simultaneidad

[%]

Consumo calorífico total,

considerando “FS” [Kcal/h]

264000 24 63360

114400 24 +27456

50000 32 +16000

30000 38 +11400

TOTAL CONSUMO CALORIFICO DEL EDIFICO =118216 Kcal/h

Asumiendo los valores estimados y calculados se tiene:


Potencia Nominal Total, 118216 Kcal/h

Poder Calorífico Superior del GLP “P.C.S.” 11900 Kcal/Kg

Fuente: Instalaciones de GLP, Cepsa Ed. 2001, Véase pg. 158 de este documento

Por lo que el consumo o flujo másico nominal total que requieren los gasodomésticos

instalados en el proyecto será:

Considerando, que el promedio de habitantes por departamento (pg. 34 de este

documento) en los edificios de Cuenca es de tres (3) personas, se estiman los siguientes

datos para el cálculo del consumo de GLP al día:

TABLA XIII

USOS TIEMPO ESTIMADO [minutos al día]

Cocina 120

Secadora 5 (Considerando el uso, una veces x semana)

Ducha 45

Lo que da un consumo aproximado de tres horas (2.88 h) diarias, que al calcular el

consumo nominal de GLP por día, se tiene:

2.6.CALCULO DEL VOLUMEN DEL TANQUE Y ESTIMACIÓN DE LA

AUTONOMIA DEL SISTEMA

Para determinar el volumen total del depósito se ha visto conveniente considerar la

autonomía o regreso del camión cisterna una vez por mes (o cada 30 días), por la

investigación realizada se sabe que podrían existir variaciones a favor es decir que la

autonomía del sistema puede aumentar, debido a que los departamentos no son usados

todo el año (vacaciones, viajes de negocios, etc.) y por necesidad de tiempo, hoy en día

por lo general no se come en casa, esto sumado a los servicios que brindan ciertos

restaurantes (viandas).

Considerar la autonomía del sistema de treinta (30) días, es favorable ya que la

contaminación del ambiente por el traslado del camión cisterna disminuirá, debido a que

éste tendrá que ir al edificio una vez por mes.

Por lo que se consideran los datos siguientes para el cálculo del volumen geométrico del

depósito (ver teoría de cálculo en pg. 161 y 164 de este documento):



El volumen del tanque, para las condiciones de 85% lleno y límite de vaciado de 20%,

es decir con una capacidad útil del 65%, es de 2.64 m3.

2.7.CALCULO DE VAPORIZACIÓN DEL DEPÓSITO

Una vez calculado el volumen del tanque estacionario es importante conocer si éste

vaporizará el GLP de forma eficiente para el consumo de los artefactos a gas instalados

en el proyecto, Confirmar este dato nos da la seguridad que en lo que al tanque le

corresponde el sistema funciona evitando combustiones incompletas y remanentes de

GLP líquido innecesarios.

Para determinar el caudal de vaporización del depósito, se hace referencia a la norma

INEN 2260, a las especificaciones técnicas del tipo de tanque estacionario utilizado en

el edificio San Isidro (GRAFICO XVII) y a la teoría de cálculo de vaporización (véase

pg. 161 a 163 de este documento). Estableciendo los siguientes parámetros:

Capacidad o Flujo Másico de Vaporización “Vap” expresado en [Kg/h]

Porcentaje de la superficie del depósito mojada “p”, 0.336

Superficie del Depósito “S”, 3.25 m2

Coeficiente de Transmisión de Calor “K”, 0.014 kW/ m2 o C

Temperatura exterior mínima del ambiente “Te”, 8 o

C en Cuenca

Temperatura de equilibrio líquido-gas “Tg”, en el depósito, a presión máxima de

trabajo 1.73 MPa según norma INEN 2260, Tg = -20 o

C

Calor latente de Vaporización “CLV” del propano comercial, [0.11 kW h/Kg]


El caudal de vaporización de un (1) tanque estacionario de 0.454 m3, es de 4.17 kg/h, lo

cual no abastece, ya que se requiere de un caudal de vaporización de 9.934 kg/h, según

lo calculado; para lo que es pertinente incrementar el número de tanques en base a lo

siguiente:

Al incrementar el número de tanques incremento el caudal de vaporización, es

decir para cubrir los 9.934 kg/h, se requieren de tres (3) tanques estacionarios.

Además, si tomamos en cuenta el volumen del tanque calculado (2.64 m3) y en

función a que se tienen depósitos de 0.454 m3, deben estimarse la utilización de

seis (6) tanques estacionarios para condiciones de 85% lleno y límite de vaciado

de 20% en cada tanque; es decir con una capacidad útil del 65%, para un

consumo nominal diario de 28.6 Kg de gas y una autonomía de un (1) mes.

De éste modo, bajo las condiciones que impone la norma INEN 2260, los seis (6)

tanques estacionarios de GLP, vaporizarán el caudal requerido (9.934 kg/h) y

abastecerán el consumo diario (28.6 Kg/día) al sistema de instalación centralizada, de

tal forma que sea eficiente y logre la autonomía solicitada (30 días).

2.8.CALCULO Y DIMENSIONADO DE TUBERIAS DE CONDUCCIÓN

Las exigencias de seguridad estipuladas en las normas proponen la utilización de tubería

de cobre tipo “L” sin costura construida bajo la norma ASTM B-88 M. Esta tubería se

encuentran fabricada conforme a los requerimientos de lo establecido en la norma

internacional NFPA 58, tanto para las líneas de media y baja presión que transportaran

el GLP en fase vapor desde los tanques hasta los quemadores.

2.8.1. CALCULO DEL DIAMETRO DE LA TUBERIA MATRIZ

Para determinar el diámetro de la tubería matriz de transporte de gas licuado de petróleo

o línea de distribución de media presión, se considera lo establecido en la norma

ecuatoriana INEN 2260:2008, los datos del edifico en estudio y la teoría de cálculo para

el efecto (véase pg. 165 a 174); detallando los siguientes datos:

Flujo Másico o Caudal Nominal “Q” 9.934 kg/h ó 4.97 m3/h

Longitud Real “LR” de la tubería matriz 45.8 m (Ver ANEXO XX, PLANOS)

Presión inicial “Pi” en la red de distribución (Dato edifico, véase pg. 172)

Primera etapa: Pi = 0.7 bar ≈ 70 kPa

∆P = 0.07 bar ≈ 7 kPa (10% de la Pi, ver pg. 168)

Densidad ficticia, “ρ” 1.16

Longitud equivalente “LE”

Cálculo de la longitud equivalente (Véase pg. 166)





Cálculo del diámetro de la tubería para la red de distribución

Para lo cual, aplicamos la fórmula de Renouard, es decir:

Fuente: Instalaciones de GLP, Repsol Ed. 2000 (Véase pg. 169)

Que al despejar el diámetro “D” nos queda:

Y al sustituir los valores da:

Resolviendo la ecuación anterior se obtiene un diámetro en milímetros (mm) de:

Obteniendo de esta forma el diámetro estimado para la tubería matriz o de línea de

distribución a media presión. Es necesario entonces acudir a la tabla XIV, en donde

podemos observar los diámetros existentes de la tubería de cobre tipo “L” sin costura,

como es lógico esta tabla nos ayudara a definir el diámetro de la tubería a ser usada en

la instalación.

Al observar la tabla XIV se puede notar que el diámetro exterior real en milímetros del

inmediato superior al calculado (16.86 mm) es de veinte y dos punto veinte y tres

milímetros (22.23 mm), esto nos lleva a obtener un diámetro nominal de tres cuartos

(3/4 pulg.) de pulgada que sería el diámetro a ser usado en la instalación de media

presión.

Ahora bien, previniendo futuras ampliaciones tanto en cuestión a departamentos como

en equipos de consumo de gas, a criterio podemos estimar y considerar usar para la

tubería matriz un diámetro nominal de una pulgada (1 pulg). Pues como observamos en

la tabla XIV la diferencia en milímetros es pequeña, pero será de gran utilidad al

momento de considerar futuras ampliaciones. No está por demás indicar que el factor

“costo” influirá y tendrá gran peso en esta decisión.

TABLA XIV

DIAMETROS COMERCIALES TUBERIAS DE COBRE TIPO “L”

Fuente: Instalaciones de Gas, Pro-cobre Ed. 2001

Por otro lado, es necesario indicar que la tubería matriz se tenderá desde los tanques de

almacenamiento hasta los contadores de ingreso a cada departamento. Para esto tendrá

que pasar por el regulador de primera etapa y llegar al de segunda etapa, tal como se

ilustra en el siguiente esquema:

GRAFICO XXXI

LINEA DE SERVICIO DE MEDIA PRESIÓN

2.8.2. CALCULO DEL DIAMETRO DE LA TUBERIA PARA ACOMETIDA A

LOS DEPARTAMENTOS

Para determinar el diámetro de la tubería interna de transporte de gas licuado de

petróleo o línea de distribución de baja presión para un (1) departamento, se precisan los

siguientes datos:

Cálculo del Flujo Másico o Caudal Nominal “Q” para un departamento, tomando en

cuenta la tabla XV se tiene que:

DETALLE DE TABLA XV

CONSUMO CALORIFICO DE LOS GASODOMÉSTICOS

Artefacto Cantidad Consumo calorífico

BTU/h Kcal/h kW

Cocina 1 48000 12000 14

Secadora de Ropa 1 20800 5200 6


Potencia Nominal de un departamento, 17200 Kcal/h

Poder Calorífico Superior del GLP “P.C.S.” 11900 Kcal/Kg

Flujo Másico o Caudal Nominal “Q” 1.44 kg/h ó 0.723 m3/h

Longitud Real “LR” de la tubería matriz 21 m (Ver ANEXO XX, PLANOS)

Presión de gas en el origen de la tubería “Pi” 0.028 bar ≈ 280 mm c. a. (Dato del

edificio, véase pg. 172)

Pérdida de carga “∆P” 0.0014 bar ≈ 14 mm c. a. (5% de la Pi, ver pg. 168)

Densidad ficticia, “ρ” 1.16

Longitud Equivalente “LE”

Cálculo de la longitud equivalente (Véase pg. 166)





Que al aplicar la fórmula de Renouard, tenemos:

Fuente: Instalaciones de GLP, Repsol Ed. 2000 (Véase pg. 169)

Que al despejar el diámetro “D” nos queda:

Y al sustituir los valores da:

Resolviendo la ecuación anterior se obtiene un diámetro en milímetros (mm) de:

De igual forma, al observar la tabla XIV, vemos que el diámetro exterior real e

inmediato superior más aproximado al calculado es de quince punto ochenta y ocho

milímetros (15.88 mm) lo que corresponde a una tubería de cobre tipo “L” sin costura

de media pulgada (1/2 pulg) y seis metros de longitud según lo especifica la tabla de

tuberías comerciales. Tubería que se usara para la instalación de la línea de servicio de

baja presión.

Las tuberías de las acometidas irán desde la salida del contador hasta los puntos de

consumo o gasodomésticos, a la vez que pasarán por las válvulas de corte colocadas

luego del contador y antes de los aparatos de consumo, como se indica a continuación:

GRAFICO XXXII

LINEA DE SERVICIO DE BAJA PRESIÓN

2.9.LÍNEA DE CARGA

La línea de carga para el tanque estacionario de GLP será con tubería de acero cedula 80

con diámetro exterior de 1 ¼ plg, uniones soldadas, válvula de llenado check, válvula de

cierre rápido, y válvula de alivio de presión externa. Pues la línea de carga viene

determinada por la empresa instaladora y las normas pertinentes en función al volumen

del tanque estacionario.

2.10. PLANOS

Los planos del edificio (ANEXO XX), se consideran como parte integral de la

aplicación práctica en el proyecto, pues estos siempre deberán incluirse en las memorias

técnicas a ser presentadas a los distintos entes fiscalizadores.

En el PLANO I, se observa la elevación posterior, lateral derecha y frontal, todo esto

con el fin de visualizar la ubicación de los tanques estacionarios, del recorrido de la

línea de carga de GLP en fase líquida y del ducto principal por donde descenderá la

tubería matriz que lleva el GLP en fase gas; ducto que lleva consigo las puertas de

acceso a los contadores ubicados en cada planta.

En el PLANO II, tenemos la vista superior de la cubierta, en donde se visualiza de

mejor forma la disposición de los tanques estacionarios y del cuarto de calefones, así

como la línea de alimentación o carga de GLP y el punto de distribución de éste.

En el PLANO III, se representa la quinta planta y en ésta se observa el punto de

distribución que baja de los tanques estacionarios, el punto de distribución que

desciende por el ducto y las líneas de acometida que van hacia los departamentos.

Por último, en el PLANO IV, se expone un Diagrama del Sistema de Gas Centralizado

desde el punto de carga hasta los puntos de consumo.

Al momento de la instalación el numero de tanques, así como los diámetros de las

tuberías especificados en los planos tienen que cumplirse de conformidad a lo

establecido y todos los accesorios deberán ser del mismo diámetro que el de la tubería,

permitiéndose únicamente reducción de diámetro en el punto de conexión de los

gasodomésticos y reducción o aumento de diámetro a la entrada de los reguladores y/o

contadores. Para el efecto se exponen los planos al final del documento (ANEXO

XXII).

2.11. ANÁLISIS DE LA APLICACIÓN DE CALCULO VS EDIFICIO REAL

Los resultados obtenidos de los cálculos realizados del edificio que se tomo para

estudio, se apegan en buena manera a la realidad, ya que al tener datos del edifico real,

nos permite referenciarnos en éste para señalar dicha observación y a la vez realizar

algunos análisis.

El número de tanques con el que funciona el edificio San Isidro, es de cuatro (4) tanques

de 0.454 m3, en tanto que los cálculos realizados, dieron como resultado la utilización

de seis (6) tanques de la misma capacidad, antes mencionada. Esto puede deberse a

varias situaciones, como son:

Existe la probabilidad de que los tanques se calcularon para llenados del 95% de su

capacidad, y de igual forma se pudo haber tomado un límite de vaciado de los tanques

del 10%, esto ayuda a incrementar la capacidad útil a un 85%, lo que influye

directamente y en gran manera a disminuir la cantidad de tanques estacionarios, pues

hay que recordar que al requerir un caudal de vaporización de 9.934 kg/h, basta con

tener tres (3) tanques estacionarios de 0,454 m3, para poder vaporizar el caudal

requerido, y una vez pasado este número de tanques, es posible manipular los

porcentajes de llenado y vaciado, pero se encuentra fuera de norma.

Otras, de las causas para la diferencia de los números de tanques de lo real con lo

calculado, se puede deber a que los tiempos de consumos estimados, pueden variar, lo

que repercute directamente en obtener una potencia total instalada o consumo total del

edificio, bastante menor a la calculada con los tiempos estimados en esta tesis.

Por otro lado, el dimensionado de tuberías nos deja conformes ya que el edifico se

encuentra usando tuberías, de las medidas aquí calculadas, es importante mencionar que

en la tubería matriz se observo la acotación antes hecha, que es la de incrementar el

diámetro al inmediato superior por la situación de ampliaciones en el número de

apartamentos o incremento de aparatos gasodomésticos en cada apartamento.

2.12. ESTIMACIÓN DE COSTOS DE LA INSTALACIÓN

Para el análisis de los costos en los que incurre la instalación de gas centralizado, se

consideran los elementos de suma importancia para solicitar la cotización a la casa

comercial pertinente; que en Cuenca es una de las que mayor disponibilidad presenta en

cuestión a los elementos para instalación de gas pues es impreciso solicitar cotizaciones

a nivel de ferreterías o comerciales

Los elementos que se consideran como principales son los tanques estacionarios, las

tuberías de carga, distribución y servicio, las llaves de corte de flujo, los reguladores de

presión y los contadores o medidores de consumo de GLP. Esto nos da noción del costo

de la inversión que presupone la instalación de un sistema de gas centralizado para un

edificio residencial de veinte y dos (22) departamentos; es lógico que este monto

incremente en cierto porcentaje debido a la utilización de accesorios en las conexiones.

En cuanto al costo mano de obra, según la norma INEN 2333:2002 (ANEXO XV), para

este tipo de instalaciones se debe contratar una empresa instaladora certificada “EG-4” ó

un instalador autorizado “IG-4”. Como esta normado, si se contrata una empresa

instaladora “EG-4”, ésta tendrá en su personal un instalador autorizado (IG-4) de igual

categoría, quien realizará el diseño de la instalación de gas centralizado y tendrá a cargo

a los instaladores autorizados (IG-3, IG-2, IG-1) de menor categoría que realizarán la

parte operativa dentro de la instalación.

2.12.1. COSTO MATERIAL

Asunto: PROFORMA (Véase original en el ANEXO XXI)

Solicitada a: “Centro de Aire y Mangueras” Ruc.:0102841277001

Dirección: Manuel Vega 9-21 y Bolívar, Cuenca-Ecuador

DESCRIPICIÓN CANT. P./ UND P./ TOTAL

Tubo Acero Cedula 80 Ø 1 ¼ ” 7 68.80 481.60

Tubo Cobre Tipo L Ø ½ ” 66 39.38 2599.08

Tubo Cobre Tipo L Ø ¾ ” 1 61.25 61.25

Tubo Cobre Tipo L Ø 1” 8 89.38 715.04

Regulador 1ra Etapa de 15 kg/h 1 36.96 36.96

Regulador 2ra Etapa de 10 kg/h 5 27.44 137.20

Contador de GLP de 0.016 a 2.5 m3/h 23 65.18 1501.44

Llave de Corte de ½ ” GLP 90 7.67 690.30

Llave de Corte de ¾ ” GLP 5 8.40 42.00

Llave de Corte de 1 ” GLP 6 14.26 85.56

Llave de Corte de 1 ¼ ” GLP 6 31.00 186.00

Válvula Check 150 psi 1 ¼ ” 1 99.00 99.00

Manómetro de o a 30 psi 1 7.00 7.00

Tanque Estacionario 0.5 m3

6 1200.00 7200.00

TOTAL INCLUIDO IVA 13842.43

De la proforma obtenida podemos mencionar que el costo de los principales elementos

para la instalación centralizada de gas del edificio residencial San Isidro que cuenta con

cinco (5) plantas y veinte y dos (22) departamentos; llegan a un total de trece mil

ochocientos cuarenta y dos dólares con cuarenta y tres centavos, el mismo que como

indica en la proforma original (ANEXO XXI), tiene una validez de quince días.

(Véase además, los planos de la instalación en el ANEXO XXII)

2.12.2. COSTO MANO DE OBRA

Como ya se menciono, se contratara una empresa instaladora certificada “EG-4”,

considerando la contratación de instaladores autorizados para el efecto, la empresa

instaladora, en base al código de trabajo, pagará un sueldo por mes a sus empleados,

mismo que se estimara en función al salario mínimo vital y las categorías de

instaladores autorizados (IG-4, IG-3, IG-2, IG-1), para lo que se observará las

capacidades y requisitos que debe tener cada instalador de acuerdo a la norma

ecuatoriana INEN 2333:2002.

Por otro lado al respecto, también se investigo en la Dirección de Trabajo, en donde

cuentan con tablas que establecen los sueldos y/o salarios a pagar dependiendo de la

profesión y tipos de trabajo, aquí se pudo constatar que no existe rubro establecido para

el pago de instaladores autorizados de gas. Así mismo en el Colegio de Ingenieros

Mecánicos del Azuay “CIMA”, no se ha establecido ningún tipo de salario estándar o

nominal que debe percibir un profesional de esta rama.

Así pues, al no existir salarios establecidos por organismo alguno, es recomendable

considerar estos y sobre todo estimarlos en base a las capacidades de cada categoría de

instalador. En fin el salario quedará conciliado el momento en que se llague a un mutuo

acuerdo de las partes, es importante mencionar que dicho salario no podrá ser menor al

mínimo vital establecido en la ley de trabajo.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Con la realización de esta tesis investigativa, realizada en la zona urbana de la ciudad de

Cuenca, se han podido detectar a través del diagnóstico varias anomalías que afectan a

los habitantes y concretamente a los usuarios de gas doméstico y sus instalaciones.

Debido a que hoy en día al uso de GLP en la ciudad de Cuenca para el sector

residencial, no se la ha prestado la importancia requerida. Y que dentro de las

aplicaciones, los cilindros tienen instalaciones defectuosas y el gas a granel cuenta con

instalaciones relativamente nuevas; son peligros potenciales que ha futuro podrían

agravarse; con lo que es concluyente buscar un mecanismo que minimice los problemas

diagnosticados y sobre todo brinde seguridad a los usuarios.

Este mecanismo, es plantear entonces, una gestión que viabilice la aplicación de GLP en

las instalaciones residenciales; es decir establecer los procedimientos logísticos y de

cálculo, que coadyuven al buen manejo del GLP en la ciudad de Cuenca, y que a su vez

garanticen la seguridad en el almacenamiento, transporte, distribución y consumo de gas

licuado de petróleo.

Para el planteamiento de la gestión, esta tesis establece principalmente autoridad

competente y los organismos de control y fiscalización, como actores que deberán

imponer las disposiciones pertinentes para los procedimientos a seguir al momento de

realizar las instalaciones de GLP en el sector residencial; y que para esto se basarán, y

darán aplicabilidad a las normas y leyes establecidas; pues dentro del planteamiento que

se propone es uno de los factores principales a tomarse en cuenta.

Es recomendable que ésta propuesta arranque con el principal apoyo del Ilustre

Municipio de Cuenca, es decir la aplicabilidad deberá ser ejecutada por ésta entidad,

que a través de una Ordenanza Municipal establezca los parámetros necesarios que

pongan en marcha el proyecto.

Por otro lado, es importante establecer que el eje transversal y principal sobre el cual

deberán transitar e interactuar todos los actores y organismos que se encuentran

involucrados en la aplicación de GLP para la ciudad de Cuenca, es el de tener la

capacidad de integrase unos con otros, es decir trabajar de manera conjunta, de tal forma

que los procedimientos propuestos en éste documento alcancen los objetivos planteados

llegando a los resultados requeridos y que de ninguna manera colapsen debido al

incumplimiento de ciertos organismo o de los mismos usuarios.

Ahora bien, para lograr lo anterior es importante e imprescindible mantener siempre la

capacitación de todos los que estamos inmiscuidos en el desarrollo de la utilización de

GLP en instalaciones residenciales, es decir tanto profesionales como organismos de

control y usuarios, debemos tener conocimiento de causa, de cómo se están realizando

las instalaciones y cuáles son los procedimientos que brindan seguridad al momento de

su ejecución. Pues es la única forma de ser nosotros mismos los fiscalizadores y sobre

todo los veedores de todo el sistema integrado, pues al existir actores con conocimiento,

habrá menos probabilidad de que el uso del gas y las instalaciones sean realizados de

forma defectuosa.

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GAS COMBUSTIBLE EN EDIFICACIONES DE USO RESIDENCIAL,

COMERCIAL E INDUSTRIAL

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