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CAPÍTULO VII
DISEÑO DEL SISTEMA DE SUMINISTRO
DE GAS.
-248-
VII- DISEÑO DEL SISTEMA DE SUMINISTRO DE GAS.
7.1 CARACTERÍSTICAS DEL GAS.
Para diseñar una instalación de gas en un edificio se debe conocer las
características del gas que se suministrará a la edificación. Las características principales
del gas utilizadas en el diseño son las siguientes:
7.1.1 FAMILIA Y DENOMINACIONES DEL GAS.
Gas licuado de petróleo:
Es un derivado del petróleo que está compuesto principalmente por propano
(C3H8) o butano (C4H10), o bien, una mezcla de éstos en diferentes proporciones. Se
almacenan y transportan en forma líquida, bajo presión moderada y que son fácilmente
evaporables para formar gas, debido a que este gas tiene la particularidad de que si a
temperatura normal se somete a presiones mayores que la atmosférica se condensa y se
convierte en líquido, lo que permite su almacenamiento en tanques o cilindros. El
procesamiento del gas licuado a partir del petróleo, da un producto limpio, claro y bajo
en contaminantes. Esta mezcla (Propano-Butano) en su estado natural no presenta olor ni
color; sin embargo, durante el procesamiento se le adiciona un olor característico a fin de
poder identificarlo o detectar fácilmente las fugas. Este olor proviene generalmente de
mercaptanos, que son hidrocarburos que contienen átomos de azufre, los cuales le
confieren ese olor particular, estos mercaptanos que se agregan en proporciones muy
reducidas, no afectan en nada la combustión del gas y desaparecen cuando éste se
quema. El gas licuado de petróleo se indica por el símbolo GLP.
-249-
La composición del gas licuado del petróleo varía de acuerdo a la disponibilidad
de las empresas distribuidoras, utilizándose en nuestro país las mostradas en la Tabla 7.1
TABLA 7.1 Composición química del gas licuado de petróleo.
Denominación del GLP % de propano % de butano
Propano 95 5
Butano 80 20
Propano-Butano 39 61
Fuente: Nestor P. Quadri. Instalaciones de gas. Argentina. Buenos Aires, Librería y Editorial Alsima, 1998. 39p.
Gas natural:
Está compuesto por metano y etano, son gases que no se vuelven líquido a la
temperatura ordinaria. Es la mezcla de hidrocarburos livianos en estado gaseoso, donde
la mayor proporción corresponde a metano (CH4) en un valor que oscila entre el 80 al
95 %. El porcentaje restante está constituido por el etano (C2H6), propano, butano y
superiores. El gas natural se indica por el símbolo GN.
La composición típica del gas natural utilizada a nivel mundial se indica en la
Tabla 7.2.
TABLA 7.2 Composición química para el gas natural.
Hidrocarburo Composición Química Rango(en %)
Metano CH4 91-95
Etano C2H6 2-6
Dióxido de Carbono CO2 0-2
Propano C3H8 0-2
Nitrógeno N 0-1
Fuente: http://www.gasnaturalsdg.es
Gas manufacturado:
Son los que se obtienen por procesos de fabricación, partiendo de combustibles
sólidos o líquidos, debido a los diferentes tratamientos térmicos.
-250-
Bio – Gas:
Proviene de la descomposición de la materia orgánica por medio de las bacterias,
estando compuesto básicamente por metano (50 a 70 %) y de dióxido de carbono (30 a
45 %), con pequeñas proporciones de oxígeno, hidrógeno y nitrógeno. El Bio – Gas es
producto de residuos fósiles, vegetales y materia orgánica en ausencia de oxígeno, por
parte de las bacterias anaeróbicas.
7.1.2 PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS GASES COMBUSTIBLES:
Poder calorífico superior (PCS):
Es la cantidad de calor producida por la combustión completa de una unidad de
masa o volumen de gas suponiendo que condense el vapor de agua que contienen los
productos de la combustión; como se indica en la Tabla 7.3.
TABLA 7.3 Poder calorífico superior para los gases combustibles.
Tipo de Gas Poder calorífico superior (PCS)
( )3
mkcal ( )kgkcal
Gas Natural 10,000
Propano 22,380 12.013
Butano 27,842 11.878
Fuente: Nestor P. Quadri. Instalaciones de gas. Argentina. Buenos Aires, Librería y Editorial Alsima, 1998. 40p.
Poder calorífico inferior (PCI):
Es la cantidad de calor producida por la combustión completa de una unidad de
masa o volumen de gas sin que condense el vapor de agua que contienen los productos
de la combustión; como se indica en la Tabla 7.4.
-251-
TABLA 7.4 Poder calorífico inferior para los gases combustibles.
Tipo de Gas Poder calorífico inferior (PCI)
( )3
mkcal ( )kgkcal
Gas Natural 9,000
Propano 11,000
Butano 10,900
Fuente: http://electric.mecon.ar/Electricidad/Informes/Balances/cuadro15.htm
Densidad del gas:
Es la relación existente entre una masa de dicho gas y el volumen que ocupa en
unas condiciones de referencia de presión y temperatura dadas, normalmente
expresándose en ( )3
mkcal o ( )ltskg ; como se indica en la Tabla 7.5.
TABLA 7.5 Peso específico o densidad para los gases combustibles.
Tipo de Gas Peso especifico o densidad
( )3
mkcal ( )ltskg
Gas Natural 0.770
Propano 0.508
Butano 0.567
Fuente: Nestor P. Quadri. Instalaciones de gas. Argentina. Buenos Aires, Librería y Editorial Alsima, 1998. 40p.
Densidad relativa de vapores:
Es la relación existente entre el peso específico de un gas y el del aire,
expresados ambos en las mismas condiciones de referencia de presión y temperatura;
como se indica en la Tabla 7.6.
TABLA 7.6 Densidad relativa de vapor para los gases combustibles.
Tipo de Gas Densidad relativa de vapor
Gas Natural 0,629
Propano 1.525
Butano 1.907
Fuente: Nestor P. Quadri. Instalaciones de gas. Argentina. Buenos Aires,Librería y Editorial Alsima, 1998. 40p.
Densidad relativa de líquido:
-252-
Es la comparación del peso de un volumen dado de un líquido, con el peso del
mismo volumen de agua a una determinada temperatura. La gravedad específica del gas
L.P se emplea tanto para calcular las cantidades en peso, del gas manipulado como para
el caso del llenado de los recipientes, pues de ella depende el límite de llenado de los
mismos; como se indica en la Tabla 7.7.
TABLA 7.7 Densidad relativa de líquido para el gas licuado de petróleo.
Tipo de Gas Densidad relativa de liquido
Propano 0.508
Butano 0.567
Fuente: Nestor P. Quadri. Instalaciones de gas. Argentina. Buenos Aires, Librería y Editorial Alsima, 1998. 40p.
Razón de vaporización:
Cantidad de energía equivalente al poder calorífico del gas que se puede evaporar
por hora en los recipientes de gas licuado; se expresa en horaBtu o horaMcal . Su
símbolo es RV.
En Panamá el gas licuado de petróleo es el más utilizado como combustible
doméstico e industrial ya que la mayor parte de los artefactos de gas que existen en
Panamá vienen diseñados para quemarlo. Por lo tanto en este capítulo nos referiremos
particularmente a las instalaciones de gas licuado.
7.2 TIPOS DE INSTALACIONES.
Para realizar el diseño de una instalación de gas se debe tener en consideración el
tipo de edificación. Las instalaciones de gas se utilizan para suministrar gas a las
siguientes edificaciones: unifamiliares, multifamiliares y locales destinados a usos
comerciales e industrial.
-253-
Dependiendo del tipo de edificación y por condiciones de diseño se presentan los
siguientes tipos de instalación, como se indica en la Figura 7.1.
Figura 7.1
Diagrama donde se indican los tipos de instalaciones de gas.
Instalación común:
Instalación Común Instalación Individual
1. Depósito de gas.
2. Válvula de control general.
3. Unión.
4. Válvula de control para los
aparatos a gas.
5. Aparatos de utilización.
6. Límite de los apartamentos.
Apartamentos
5
5
4
4
32
1
6
-254-
Es aquella instalación que se utiliza una sola línea de gas, la cual distribuye el gas
desde el sitio de almacenamiento al lugar de consumo (viviendas, apartamentos, etc.).
Instalación individual:
Es aquella instalación en la cual se utiliza una línea principal, la cual distribuye el
gas desde la instalación común a los diferentes aparatos de consumo (estufa, calentador
de agua etc.).
Instalación de uso comercial:
Para el caso de las instalaciones de uso comercial (restaurantes, lavanderías, etc.)
son idénticas que las instalaciones individuales domésticas la única diferencia que existe
es en el caudal y la potencia, debido a las características de operación de los aparatos
instalados.
Otra forma de clasificarlo es mediante el tipo de edificación y la clase de
recipiente de gas utilizado:
Suministro de GL a través de cilindro de 25 lbs:
Cuando el tipo de cilindro a utilizarse sea de 25 libras, esta instalación se hará
directamente del cilindro al artefacto, ya sea estufa, calentador, secadora, etc.,
independientemente del tipo de uso o tamaño de la edificación.
En estos casos, la oficina de seguridad del Cuerpo de Bomberos de Panamá, ni
ninguna otra oficina gubernamental exige un diseño de estos sistemas. Lo usual es
comunicarlo mediante una nota que el suministro de gas se hará con cilindro de 25
libras.
Suministro de GL a través de cilindros de 60 y 100 libras:
-255-
Cuando se trata de residencias unifamiliares o edificaciones de hasta cinco
apartamentos, éstas podrán ser abastecidas por dos cilindros de 60 ó 100 libras ubicados
en el exterior del edificio de donde el gas es llevado por tuberías y accesorios a los
distintos puntos de consumo, como se indica el la Figura 7.2.
Suministro de GL a través de cilindro estacionario:
Toda edificación que conste de más de cinco apartamentos deberá utilizar
sistemas de gas comunal (cilindro estacionario). En este caso, las opciones para la
conducción del sistema de distribución, son las siguientes:
Desde planta baja, líneas individuales internas (a través de paredes y pisos
acopladas a un manifold), como lo indica la Figura 7.3.
Una sola línea principal expuesta, ya sea por fuera o dentro de las
edificaciones que reparten por piso, la cual debe ser visible en toda su
extensión vertical y con llaves de pasos en lugares accesibles para control
de cada apartamento. Si la tubería corre por dentro de la edificación,
deberá ubicarse dentro de un foso independiente, con puertas en las
uniones y cuyo diámetro permite la utilización de herramientas para la
reparación del sistema en casos de escapes, como lo indica la Figura 7.4.
-256-
Figura 7.2
Suministro de gas licuado para residencias unifamiliares.
1.50
-257-
Figura 7.3
Suministro de gas licuado con manifolod y tanque estacionario.
-258-
Figura 7.4
Suministro de gas licuado con tanque estacionario y subida única.
-259-
7.3 MATERIALES Y EQUIPOS DE LAS INSTALACIONES DE GAS.
Para realizar una instalación de gas se utiliza varios materiales y equipos. Los
materiales son las tuberías y conexiones para las tuberías. Los equipos son los tanques o
recipientes de gas, los reguladores de flujo, las válvulas que permiten o impiden su paso
y los medidores de gas.
Todas las instalaciones de gas que se usan para suministrar el gas a los artefactos
tienen los siguientes materiales y equipos, como lo indica la Figura 7.5.
Figura 7.5
Materiales y equipos de las instalaciones de gas licuado.
Fuente: Luis Lesur. Manual de instalaciones de gas. México D.F. México, Editorial Trillas, S.A. de C.V., 1998. 62 p.
7.3.1 RECIPIENTES DE GAS LICUADO:
En los recipientes de gas licuado la parte inferior del recipiente contiene el
líquido, mientras que en la superior se acumula el gas que es el que se utiliza en los
artefactos para la combustión, como se indica en la Figura 7.6.
1- Recipiente de gas
2- Regulador
3- Tuberías
4 -Válvulas de control
5- Artefactos a gas
-260-
Figura 7.6
Distribución del gas líquido y gas evaporado de los recipientes de gas.
Fuente: Luis Lesur. Manual de instalaciones de gas. México D.F. México, Editorial Trillas, S.A. de C.V., 1998. 9 p.
La extracción del gas reduce la presión interna del recipiente, esto causa que el
líquido hierva en un intento de restaurar la presión interna por medio de la generación de
gas para reemplazar aquel gas que fue extraído. El calor latente de vaporización
requerido es cedido por el líquido, lo que causa que la temperatura del líquido baje a
consecuencia del calor consumido.
El calor perdido a causa de la vaporización del líquido es reemplazado por el
calor del aire que rodea el recipiente, este calor es transferido del aire al líquido por
medio de la superficie metálica del recipiente. El área del recipiente en contacto con el
gas no se considera porque el calor absorbido por el gas es insignificante. La parte de la
superficie del recipiente que está cubierta por el líquido se llama la superficie mojada.
Mientras más grande sea esta superficie mojada o que el recipiente tenga más líquido
mayor será la capacidad de vaporización del sistema. Un recipiente más grande tendrá
-261-
una capacidad de vaporización mayor. Si el líquido en el recipiente recibe el calor de
vaporización del aire exterior, mientras más alta sea la temperatura exterior mayor será
el índice de vaporización del sistema.
Los recipientes de gas licuado más utilizados en las diferentes edificaciones de la
Panamá son:
Cilindro manual:
Con una capacidad para 10 y 20 lbs, que se emplean el las estufas portátiles y en
sopletes utilizados para soldar tuberías de cobre.
Cilindro portátil:
Con una capacidad de 45, 60 y 100 lbs, aunque voluminosos y pesados, resultan
relativamente fácil de mover y trasladar para su llenado y cambio. Cuando están vacíos
las empresas de servicio de gas los recogen para llenarlos de nuevo. Las llaves de
servicio de los cilindros portátiles son válvulas de paso que sirven tanto para llenado del
gas como para el suministro a las instalaciones de servicio. También tienen una válvula
de seguridad que abre en caso de una presión interna excesiva, con la cual se evita su
posible explosión. Estas válvulas están fabricadas para estar en contacto solamente con
el gas, nunca con el líquido por eso los recipientes portátiles deben mantenerse siempre
que se usen en su posición vertical. En la Figura 7.7 se presenta una instalación típica de
los recipientes portátil.
11
2
-262-
Figura 7.7
Instalación de los recipientes portátiles.
Fuente: Luis Lesur. Manual de instalaciones de gas. México D.F. México, Editorial Trillas, S.A. de C.V., 1998. 11 p.
Tanque estacionario:
Se entiende por tanque estacionario, el tanque de acero fabricado especialmente
para contener gas licuado y que por su peso y dimensiones puede llenarse solamente en
el lugar de su instalación. Se recargan a través de un carro tanque que va hasta al sitio de
la instalación y lo recarga por medio de una manguera. Los tanques estacionarios se
dividen en Cilindro DOT (vertical) y recipiente ASME (horizontal). Los hay de diversas
capacidades, los más pequeños pueden almacenar una capacidad de agua de 130 galones
y los más grandes pueden almacenar una capacidad de agua de aproximadamente 2000
galones. Las forma y dimensiones de los recipientes estacionarios que distribuyen las
empresas dedicadas a la venta de gas licuado (Panagas y Tropigas) se presentan en la
Figura 7.8 y en la Tabla 7.8 respectivamente. El diseño y fabricación de estos
recipientes están regidos por las normas ASME, DOT y la AWS.
-263-
Figura 7.8
Dimensiones principales de los recipientes estacionarios.
Fuente: Industria panameña de cilindros, S.A.
TABLA 7.8 Tamaño estándar de los recipientes portátiles.
Cilindro DOT
Capacidad en
galones de
agua
Diámetro
exterior; pulg.
Altura del
cuerpo; pulg.
Altura total;
pulg.
Diámetro de la
base; pulg.
Peso total
aproximado;
lbs
Cilindro DOT
Recipiente ASME
-264-
130 30 49 59 26 405
140 30 52 62 26 430
150 30 55 83 65 83 26 455
Recipiente ASME
Capacidad en galones
de agua
Diámetro
exterior; pulg.
Largo total; pies Altura total; pulg. Peso total
aproximado; lbs
325 30 9.7 42.5 860
500 36 10.4 48.5 1350
650 36 13.3 48.5 1725
1000 36 20.1 48.5 2580
2000 36 39.9 48.5 5000
Fuente: Industria panameña de cilindros, S.A.
Los tanques estacionarios tienen colocado de fábrica varias válvulas y un
medidor magnético que registra la carga de líquido que hay en su interior. Las válvulas
que tienen instaladas de fabrica son:
Válvula de seguridad: se utiliza para aliviar la presión cuando se excede de un
cierto límite. Se cierra automáticamente cuando la presión entra en un rango
normal.
Válvula de servicio: es similar a una llave de globo para agua, pero diseñada
para gas, es la que controla la salida del gas para el servicio, después de la
válvula de servicio se conecta el regulador.
Válvula para retorno de vapor: esta válvula la tienen los tanques medianos y
grandes para el retorno de vapores. Tiene la función de igualar la presión del
tanque estacionario con la del auto tanque. También se utiliza para purgar el
tanque y evitar que la presión se eleve demasiado al recargar de gas.
-265-
Válvula para el llenado: esta válvula en su interior tiene una doble válvula de
no retroceso que se cierra automáticamente cuando el flujo de gas se detiene, lo
cual permite la desconexión de la manguera.
Válvula check: se utiliza para el vaciado rápido del gas en caso de emergencia.
Es una combinación de válvula de retroceso y de exceso de flujo que tiene una
tapa adicional para el cierre hermético.
Al recargar un tanque estacionario se conectan dos mangueras, una para el llenar
el tanque con gas licuado y otra por donde regresan los vapores del gas al auto tanque lo
que permite que el llenado sea sin contra tiempo. Sin embargo, a nivel doméstico rara
vez se usa una línea de retorno de vapor.
7.3.2 REGULADOR:
La función principal es mantener constante la presión de servicio del regulador,
sin importar la variación de presión en el interior del recipiente de gas, la cual depende
de la temperatura del ambiente. Debido a que los artefactos de gas de uso doméstico
están diseñado para trabajar óptimamente a una presión regulada de 11 pulg c.a. De
modo que los reguladores de los recipientes de gas son diseñados para que cualquiera
que sea la presión en el interior del recipiente, la presión de servicio del regulador será
capaz de vencer las pérdidas de en la instalación y el resultado de la presión en la válvula
de control del artefacto sea de 11 pulg. c.a (columnas de agua). Esta presión para los
artefactos domésticos se conoce como baja presión.
Regulador para los tanques portátiles:
-266-
Como la presión del gas en la válvula de servicio varía de 8 a 100 psi,
dependiendo de la temperatura exterior de los recipientes portátiles. Se instala una
válvula reguladora que permitirá que la presión a la que se suministra el gas a la tubería
de servicio y la de llegada al artefacto de gas más crítico sea constante. La presión de
entrada al regulador es siempre mayor que la de su salida como lo indica la Figura 7.9.
Estos reguladores vienen de fábrica regulados a una presión de salida de 11 pulg c.a.
(columna de agua), que es la presión de operación de los artefactos a gas. Estos
reguladores se utilizan en edificaciones pequeñas, de poco consumo y pérdidas de carga
mínima.
Figura 7.9
Presiones de entrada y salida de los reguladores de presión.
Fuente: Luis Lesur. Manual de instalaciones de gas. México D.F. México, Editorial Trillas, S.A. de C.V., 1998. 39 p.
Los reguladores para los tanque portátiles tienen dos entradas para conectar un
par de tanques y un sola salida que es la de servicio de gas. Tiene una llave selectora que
es la que indica el tanque del cual se está tomando el gas, como se indica en la Figura
7.10.
8 a 100 psi8 a 100 psi
Presión de servicio
-267-
Figura 7.10
Válvula reguladora de presión de los tanques portátiles.
Fuente: Luis Lesur. Manual de instalaciones de gas. México D.F. México, Editorial Trillas, S.A. de C.V., 1998. 41 p.
Regulador de los tanques estacionarios:
Se instalan cuando la variación de presión en el interior de los tanques
estacionarios varía de 8 a 200 psi y se diseñan con un rango de presión que se puede
ajustar dependiendo de los requerimiento de la edificación. Generalmente, los artefactos
a gas para uso doméstico y comercial operan a una presión de 11 pulg c.a. (columna de
agua), el regulador debe suministrar esta presión a pesar de la variación de la carga
producida por el uso intermitente de los artefactos. En ciertos casos es necesario instalar
dos reguladores de presión en serie conocido comúnmente como sistema de regulación
de dos etapas, el primer regulador se le conoce de alta presión y el segundo de baja
presión, se instalan cuando la ubicación del recipiente de gas está muy alejada de los
lugares de consumo o en edificaciones de gran altura. Están provista de una sola entrada
que es a la que se conecta al tanque estacionario y una salida de servicio de gas, como se
indica en la Figura 7.11.
-268-
Figura 7.11
Válvula reguladora de presión de los tanques estacionarios.
Fuente: Luis Lesur. Manual de instalaciones de gas. México D.F. México, Editorial Trillas, S.A. de C.V., 1998. 41 p.
Para la selección de un regulador de presión para los tanques estacionarios se
tiene que tener en cuenta el consumo, la presión interna del recipiente de gas, las
pérdidas de carga, la presión de servicio del regulador y la presión de operación de los
artefacto a gas. Para seleccionar los reguladores de presión ya sea de una o de dos etapas
utilizaremos los datos técnicos de los reguladores de presión modelo LV4403B y el
modelo LV4403TR de la marca REGO.
Datos técnicos del Modelo LV4403B: estos reguladores están diseñados para
reducir la presión de entrada de 5 a 15 psi a una presión de salida de
aproximadamente de 11 a 12.5 pulg c.a (columna de agua) que es la presión de
operación de los artefactos de uso comercial y doméstico. En la Figura 7.12 se
presentan las dimensiones de ambos modelos, las características técnicas del
modelo LV4403B, se indican en la Figura 7.13.
B
A. Entrada del regulador.
B. Salida del regulador
-269-
Figura 7.12
Dimensiones de los reguladores de presión LV4403B y LV4403TR
Fuente: www.ecii.com
Figura 7.13
Dato técnicos de los reguladores de presión LV4403B.
Fuente: www.ecii.com
Datos técnicos del Modelo LV4403TR: estos reguladores esta diseñados para
reducir presiones de entrada de 15 a 150 psi a una presión de salida de
aproximadamente de 7 a 10 psi. Estos son utilizados para aplicaciones
industriales y en los sistemas de regulación de doble etapa. Las características
técnicas se indican en la Figura 7.14.
REGULADOR MODELO LV4403B
REGULADOR MODELO LV4403TRpsi
-270-
Figura 7.14
Dato técnicos de los reguladores de presión LV4403TR.
Fuente: www.ecii.com
Ejemplo para seleccionar los reguladores de presión de un sistemas de suministro
gas de dos etapas:
Datos N°1:
Potencia total: 500,000 horaBtu
Presión de entrega a los artefactos de gas: 10 pulg de c.a
Presión interna mínima del recipiente de gas: 50 psi
Para estas condiciones se utiliza el diagrama del regulador modelo LV4403TR
de la Figura 7.14, se traza una línea vertical hacia arriba desde el índice de flujo
(500,000 horaBtu ), hasta interceptarse con la curva que corresponde a la presión
interna mínima del recipiente de gas (50 psi). Se traza una línea horizontal desde la
intersección de éstas líneas hasta la presión de descarga/suministro a mano izquierda en
el diagrama. En este ejemplo, la presión de descarga/suministro será de 10 psi. Debido a
que la presión de suministro a los artefactos de gas es de 10 pulg de c.a y no de 10 psi,
hace necesario utilizar otro regulador de presión, llamado comúnmente como regulador
de baja presión.
Dato N°2:
-271-
Potencia total: 500,000 horaBtu
Presión de entrega a los artefactos de gas: 10 pulg de c.a
Presión de entrada al regulador: 10 psi
Para estas condiciones se utiliza el diagrama del regulador modelo LV4403B de
la Figura 7.13 y se realiza el mismo procedimiento que se utilizó anteriormente.
Respuesta:
La presión de descarga/suministro será de 10.20 pulg c.a, indicando que
estos reguladores están bien seleccionados.
7.3.3 MEDIDORES:
En las instalaciones de tanques estacionarios, en edificios donde se abastecen
muchos clientes de un sólo recipiente se instalan los medidores para registrar el consumo
de cada apartamento. En Panamá no se utiliza debido a su ineficiencia, lo que hacen las
compañías de gas es prorratear el consumo y las personas tienen que pagar tarifas para
comprar el recipiente de gas.
7.3.4 VÁLVULAS DE CONTROL:
Estas se utilizan para abrir o cerrar el paso del gas a los diferentes artefactos de
gas. Todas las conexiones a los artefactos de gas llevan una llave de control, esta llave es
indispensable para abrir o cerrar el paso del gas al artefacto cuando se tiene que hacer
alguna operación de limpieza o cambio del artefacto.
7.3.5 EQUIPO DE VAPORIZACIÓN:
Este equipo se utiliza para suministrar calor al gas licuado en fase líquida, se
realiza por medio de un fluido intermedio (agua caliente, vapor, etc) o por energía
-272-
eléctrica y estará dotado de un sistema que impida el paso del líquido al resto de la
instalación. Se instala en instalaciones industriales de grandes consumo y donde el
recipiente de gas se tiene que ubicar a grandes distancias, ya que al suministrar el gas
licuado evaporado por la red de tubería se condensa convirtiéndose en líquido. Para
evaporarlo es necesario instalar un equipo de vaporización para poderlo utilizar en los
diferentes lugares de consumo.
7.3.6 TUBOS:
Existen en el mercado dos clases principales de tubos que se usan en las
instalaciones de servicio de gas licuado, las de cobre flexible y acero galvanizado. En
tramos cortos de instalaciones móviles se suele utilizar mangueras flexibles de
neopropano en vez de tubo.
Tubos de cobre flexible:
Todas las conexiones de los aparatos de gas normalmente se hace por medio de
tubo de cobre flexible, con el propósito de que la instalación tenga cierta flexibilidad
para mover los artefactos. El tubo de cobre flexible que se conoce como cobre suave y se
produce son los tipos L y K. Tiene la ventaja de ser flexible y de que se puede doblar
fácilmente para adoptar los diversos quiebres en su recorrido, sin tener la necesidad de
conexiones. Es particularmente útil porque permite hacer rizos antes de conectarse a los
artefactos, que deben ser movidos ligeramente de vez en cuando para el aseo y en la
conexión de los recipientes portátiles y la válvula reguladora de presión. Como se indica
en la Figura 7.15.
-273-
Figura 7.15
Conexiones de los diferentes artefactos de gas con tubería flexible.
Fuente: Luis Lesur. Manual de instalaciones de gas. México D.F. México, Editorial Trillas, S.A. de C.V., 1998. 80 p.
Tubo de acero galvanizado:
Es el tubo más barato para instalaciones de gas, pero su colocación es más
costosa y toma más tiempo que las de tuberías flexibles. Se utiliza en instalaciones
aéreas y en lugares donde los tubos quedan expuestos a grandes esfuerzos mecánicos. En
los edificios y casas las instalaciones de gas se realizan de acero galvanizado escala 40.
Manguera especial de neopreno:
Tiene la ventaja de ser una manguera completamente segura y flexible, por lo que
se puede usar en instalaciones provisionales o en instalaciones móviles.
7.3.7 CONEXIONES:
Las redes de tuberías para su instalación se unen o conectan entre sí por medio de
las conexiones, las cuales dependen del tipo de tubería que se esté utilizado, en el caso
de gas las tuberías utilizadas son las de cobre flexible y de acero galvanizado. Éstas se
pueden clasificar en:
Conexiones cónicas de presión:
-274-
Para tuberías de cobre las conexiones cónicas sellan a presión mediante roscas
que al apretarse presionan una ceja del tubo de cobre que ha sido previamente abocinado
o acampanado, con lo cual se logra el sello hermético. Las conexiones cónicas más
comunes son:
1. Tuerca cónica con reducción
2. Niple unión
3. Te unión
4. Niple unión con reducción
5. Codo unión
Conexión cónica de presión con terminal:
También existen conexiones que por un lado conectan con tuercas cónicas y por
otro con tuerca roscada o uniones roscadas. En este caso se conocen como terminales.
Las conexiones cónicas más comunes son:
1. Niple terminal macho
2. Te terminal al centro macho
3. Niple terminal hembra
4. Codo terminal macho
5. Codo terminal hembra
6. Te terminal al centro hembra.
Conexiones para tuberías galvanizada:
Las conexiones galvanizados como son uniones, te, codo, reducción campana,
reducción bushing, tapón, cople, etc, son conocidas comúnmente como conexiones
-275-
roscada. Esta se unen por medio de roscas, asegurando un ajuste hermético por medio de
la presión entre las caras de las roscas del tubo y la conexión a unir.
7.4 PRINCIPIOS BÁSICOS PARA EL CÁLCULO.
7.4.1 DETERMINACIÓN DEL CAUDAL NOMINAL DE UN APARATO.
El caudal nominal de un aparato a gas depende de su gasto calorífico y del poder
calorífico superior del gas distribuido.
El gasto calorífico de un aparato a gas es la potencia que consume en su
funcionamiento normal. El gasto calorífico de un aparato a gas puede venir expresado en
base al poder calorífico superior o en base al poder calorífico inferior del gas.
Para calcular el caudal nominal de un aparato a gas se debe dividir el gasto
calorífico, generalmente, indicado en su placa de característica, por el poder calorífico
del gas suministrado, superior o inferior en función de cómo se exprese el gasto
calorífico.
Normalmente, el gasto calorífico que se indica en la placa de características de un
aparato a gas viene en función del poder calorífico superior, por lo cual el caudal
nominal de un aparato a gas se calcula de la siguiente forma:
PCS
GC
Qn =
Donde:
Qn = Caudal nominal del aparato a gas; hm3
GC = Gasto calorífico del aparato a gas en función del PCS; hKcal
PCS = Poder calorífico superior del gas; 3
mKcal
-276-
Para los aparatos de uso doméstico de los cuales no se tiene conocimiento de sus
características, se puede utilizar como referencia los datos de gasto calorífico y caudal
nominal en función del poder calorífico superior indicados en la Tablas 7.9 y la Tabla
7.10 dependiendo del tipo de gas a utilizar.
TABLA 7.9 Grado de consumo para los artefactos a gas natural.
PCS = 9,500( )3
mkcal
Tipo de aparato Gasto calorífico
( )hkcal
Caudal nominal
( )hm3
Estufa de 4 quemadores y horno (doméstica) 10,317 1.086
Estufa de 4 quemadores, horno y rosticero
(comercial)
22,515 2.370
Calentador de agua de almacenamiento menor de
110 lts
5,900 0.621
Calentador de agua de almacenamiento mayores
de 110 lts.
11,875 1.250
Calentador de agua instantáneo 23,228 2.445
secadora 11,875 1.250
Baño maría 8,740 0.920
Parrilla comercial 23,978 2.524
Horno doméstico 4,199 0.442
Cafetera comercial 4,655 0.490
Parrilla de 2 quemadores 3,230 0.340
Parrilla de 4 quemador 6,460 0.680
Fuente: http://www.itlp.edu.mx/publica/tutoriales/instalaciones/tema_11.htm
TABLA 7.10 Grado de consumo para los artefactos a gas licuado de petróleo.
PCS = 26,695( )3
mkcal
Tipo de aparato Gasto calorífico
( )hkcal
Caudal nominal
( )hm3
Estufa de 4 quemadores y horno (doméstica) 11,159 0.418
Estufa de 4 quemadores, horno y rosticero
(comercial)
24,078 0.902
Calentador de agua de almacenamiento menor de
110 lts
6,380 0.239
Calentador de agua de almacenamiento mayores
de 110 lts.
12,814 0.480
-277-
Calentador de agua instantáneo 24,826 0.930
secadora 12,814 0.480
Baño maría 9,076 0.340
Parrilla comercial 25,627 0.960
Horno doméstico 4,538 0.170
Cafetera comercial 4,965 0.186
Parrilla de 2 quemadores 3,310 0.124
Parrilla de 4 quemador 6,620 0.248
Fuente: http://www.itlp.edu.mx/publica/tutoriales/instalaciones/tema_11.htm
7.4.2 CAUDAL MÁXIMO PROBABLE O DE SIMULTANEIDAD.
Para el cálculo del caudal máximo probable se debe tener en cuenta el tipo de
edificación; a continuación se presentan las diferentes formas para calcular el caudal
máximo probable
Instalación individual:
La determinación de los caudales máximos probables o de simultaneidad, en las
instalaciones individuales, se efectúa aplicando la siguiente expresión:
2
.... NDC
BAQSI
+++
++=
Donde:
QSI = Caudal máximo de simultaneidad; ( )hm3
.
A y B = Caudal de las dos aparatos de mayor consumo;( )hm3
.
C, D, ...., N = Caudal del resto de aparatos; ( )hm3
.
Esta expresión se utiliza cuando en una instalación individual estén instalados
más de dos aparatos a gas, es poco probable que todos ellos estén funcionando a su
potencia nominal al mismo tiempo.
Instalación común:
-278-
La determinación del caudal máximo de simultaneidad de la instalación común
se realiza sumando los caudales máximos de simultaneidad de cada apartamento y
multiplicarlo por el coeficiente de simultaneidad. El valor del coeficiente de
simultaneidad depende del número de apartamentos, como se indica en la Tabla 7.11.
∑= NSISI SQQ
Donde:
QSI = Caudal máximo de simultaneidad de la instalación común; ( )hm3
.
QSC = Caudal máximo de simultaneidad de cada apartamento; ( )hm3
.
SN = Factor de simultaneidad en función del número de apartamento.
TABLA 7.11 Factor de simultaneidad para las instalaciones de gas.
Número de Apartamentos Factor de Simultaneidad “SN”
1 1
2 0.5
3 0.4
4 0.4
5 0.4
Fuente: http://www.gasnaturalsdg.es
TABLA 7.11 (Continuación).
Número de Apartamentos Factor de Simultaneidad “SN”
6 0.3
7 0.3
8 0.3
9 0.25
10 0.25
15 0.20
25 0.20
40 0.15
>50 0.15
Fuente: http://www.gasnaturalsdg.es
Instalaciones de uso comercial:
-279-
Para el caso de instalaciones de uso comercial (restaurante, lavandería, etc.) la
determinación del caudal se hará en función de los aparatos instalados y de la previsión
del uso de los mismos.
7.4.3 POTENCIA NOMINAL DE UTILIZACIÓN SIMULTÁNEA.
La determinación de la potencia nominal de utilización simultánea de las
instalaciones de gas se realiza multiplicando el caudal máximo de simultaneidad por el
poder calorífico superior del gas. La potencia nominal de utilización simultánea en las
instalación individual se calcula aplicando la siguiente fórmula:
( )PCSQP SINSI =
Donde:
PNSI = Potencia nominal simultánea de las instalación individual;( )hkcal .
QSI = Caudal máximo de simultaneidad de la instalación individual; ( )hm3
.
PCS = Poder calorífico superior del gas; ( )3
mkcal .
La potencia nominal de utilización simultánea de la instalación común se expresa
de la siguiente forma:
( )PCSQP SCNSC =
Donde:
PNSC = Potencia nominal simultánea de la instalación común; ( )hkcal .
QSI = Caudal máximo de simultaneidad de la instalación común; ( )hm3
.
Se recomienda que para las instalaciones de uso comercial que la potencia total
simultánea sea la suma de las potencias nominales de los aparatos instalados.
-280-
7.4.4 LONGITUD EQUIVALENTE DE LAS INSTALACIONES DE GAS.
Cuando se conduce gas por una tubería se produce una disminución de su
presión, llamada pérdidas de carga, que se producen por el roce del gas con las paredes
de la tubería y con los diversos accesorios de la misma, como son codos, válvulas,
derivaciones, etc.
Para compensar las pérdidas de carga producidas por el efecto del roce del gas
con los diversos accesorios y simplificar los cálculos, se toma como longitud del tramo
de la instalación, la longitud real (LR) y se incrementan en un 20 % para obtener la
longitud equivalente (LE).
( )RE LL 20.1=
Otra forma de calcular las pérdidas de carga producida por los diferentes
accesorios, es establecer una relación entre la caída de presión de cada accesorio con
respecto al que tendría una determinada longitud de tubería del mismo diámetro,
denominada longitud equivalente por accesorio, como se indica en la Tabla 7.12.
TABLA 7.12 Longitud equivalente para los diferentes accesorios.
Accesorios Longitud equivalente de tubería de acero (pies)
Tamaño nominal de tubería (NPT)
3/4" 1" 1 ¼" 1 ½" 2" 2 ½" 3"
Cédula
40 80 40 80 40 80 40 80 40 80 40 80 40 80
Codo
roscado de
45 °
1.2 0.9 1.3 1.2 1.7 1.5 2.0 1.8 2.6 2.4 3.0 2.8 3.8 3.7
Codo
roscado de
90 °
1.8 1.6 2.3 2.1 3.1 2.9 3.7 3.4 4.6 4.4 5.3 5.1 6.9 6.5
Te roscado
corrida
directa
1.4 1.3 1.7 1.6 2.4 2.3 2.8 2.6 3.6 3.3 4.2 4.0 5.4 5.0
Te roscado 4.6 4.0 5.6 5.3 7.9 7.3 9.3 8.6 12.0 11.0 15.0 14.0 17.0 16.0
-281-
bifurcación
directa
Válvula de
globo
roscada*
14.0 10.0 21.0 16.0 24.0 19.0 39.0 27.0 42.0 34.5 24.0 20.0 46.0 39.0
Válvula
angular
roscada*
11.0 8.0 13.0 10.0 10.5 8.5 20.0 16.0 32.0 26.5 7.5 6.0 19.0 16.0
Fuente: www.ecii.com
7.4.5 MÉTODO DE CÁLCULO DE PÉRDIDAS DE CARGA.
Para el cálculo de las pérdidas de carga se debe tener en cuenta la posición de la
tubería ya sea vertical o horizontal, a continuación se presenta las diferentes formas para
calcular las pérdidas de carga dependiendo de su posición en la edificación.
Tuberías horizontales:
Para la determinación de las pérdidas de cargas en tramos de tuberías
horizontales se utilizan las fórmulas de Renouard simplificadas, válidas para los casos en
los que la relación entre caudal y diámetro sea inferior a 150.
DQ < 150
Donde:
Q = Caudal; ( )hm3
.
D = Diámetro; mm.
Caso 1: Para presiones superiores a 100 mbar.
82.482.122
60.48 −
=− DQSLPBPA E
Caso 2: Para presiones inferiores o iguales a 100 mbar.
82.482.122
23200 −
=− DQSLPBPA E
Donde:
-282-
PA y PB = Presiones absolutas en el origen y el extremo del tramo del tubo;
expresadas en bar en el primer caso y en mbar en el segundo caso.
S = Densidad relativa del gas utilizado.
LE = Longitud equivalente del tramo; m
Q = Caudal; ( )hm3
D = Diámetro interior; mm
Tuberías Verticales:
Es importante mencionar que en el gas licuado de petróleo, su presión aumenta a
medida que se va ganando altura. Este aumento de presión se puede calcular con la
siguiente expresión matemática:
( )Sph −= 1293.1
Donde:
ph = Aumento de la presión con la altura; mm c.a por cada m.
S = Densidad relativa del gas licuado.
7.4.6 DETERMINACIÓN DE LA VELOCIDAD.
La velocidad del gas dentro de una tubería no debe superar los 20 sm para evitar
ruidos en las instalaciones de gas.
Para calcular la velocidad máxima del gas dentro de la tubería se aplicará la
siguiente fórmula:
2
354
PD
Q
V =
Donde:
-283-
V = Velocidad del gas; ( )sm
Q = Caudal; ( )hm3
P = Presión absoluta al final de la tubería; bar
D = Diámetro interior; mm
7.4.7 PÉRDIDA DE CARGA ADMITIDA.
La pérdida de carga en una instalación de gas es la máxima disminución de la
presión que se produce cuando se suministra gas a los aparatos instalados y por
condiciones de diseño la caída máxima de presión permitida en un tramo de tubería debe
ser menor al 5 % de la presión inicial, si esto resulta así, debemos considerar que los
diámetros propuestos están bien calculados. La pérdida de carga admitida en una
instalación varia en función de la presión de garantía de que se disponga a la salida de
los recipientes de gas, ya que en la llave de conexión de los aparatos siempre debe
disponerse de una presión mínima requerida para el correcto funcionamiento de los
aparatos a gas. Los artefactos de gas de uso doméstico se diseñan para que operen
óptimamente a 11 pulg. c.a en la válvula de control de los mismos. Para el
dimensionamiento de las tuberías de gas se permite como máximo una caída de presión
del 5 % de la presión inicial y además se debe asegurar una presión de 11 pulg. c.a en el
artefacto a gas más desfavorable ya sea por consumo mayor o por la distancia.
7.4.8 DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD DEL RECIPIENTE DE GAS:
Para determinar la capacidad de los recipientes de gas licuado, que se instalarán
en las edificaciones se tiene que tener en cuenta la capacidad estándar de los cilindros de
gas que distribuyen las empresas que se dedican a suministrar el gas licuado, la razón de
-284-
vaporización y el tipo de usuario. A continuación presentamos el procedimiento utilizado
para determinar la capacidad de los recipientes de gas licuado:
Cilindro de gas licuado:
El cálculo de la cantidad de cilindros de una instalación de gas se hace en función
de la razón de vaporización, se determina la potencia total y se aplica la siguiente
fórmula:
V
T
R
P
N =
Donde:
N = Cantidad de cilindro.
RV = Razón de vaporización; en hBtu
PT = Potencia total; en hBtu
Para calcular el tiempo estimado para el reemplazo de los cilindro de gas se
aplica la siguiente expresión:
T
E
P
NMPCS
P
..
=
Donde:
N = Cantidad de cilindro.
PT = Potencia total; en díakcal
PE = Período estimado para el reemplazo de los cilindros de gas, en días.
-285-
PCS = Poder calorífico superior del gas suministrado; en kgkcal
M = Contenido del cilindro, en kg
Se ha establecido que el tiempo de duración de los cilindros de gas será de
aproximadamente 20 días como mínimo para su reemplazo.
En la Tabla 7.13 se indica la razón de vaporización para los cilindros de gas de
100 lb, según la temperatura del líquido y la superficie mojada del recipiente. Cuando la
temperatura es más baja o si el recipiente tiene menos líquido, la razón de vaporización
del recipiente tendrá un valor menor. Por consiguiente, la razón de vaporización se
selecciona asumiendo que el porcentaje de llenado del recipiente de gas es de 40 % de su
capacidad total y en base a la temperatura más baja de la zona donde serán ubicados.
TABLA 7.13 Razón de vaporización para cilindros de propano de 100 lbs (45 kg).
Lbs. de
Propano en el
Cilindro
Máxima descarga continua en BTU/hora a varias temperaturas en °F.
0 ºF 20 ºF 40 ºF 60 ºF 70 ºF
100 113,000 167,000 214,000 277,000 300,000
90 104,000 152,000 200,000 247,000 277,000
80 94,000 137,000 180,000 214,000 236,000
70 83,000 122,000 160,000 199,000 214,000
60 75,000 109,000 140,000 176,000 192,000
50 64,000 94,000 125,000 154,000 167,000
40 55,000 79,000 105,000 131,000 141,000
30 45,000 66,000 85,000 107,000 118,000
20 36,000 51,000 68,000 83,000 92,000
10 28,000 38,000 49,000 60,000 66,000
Fuente: www.ecii.com
Tanque estacionario:
-286-
Para calcular la razón de vaporización y el período de consumo se debe tener
presente las dimensiones y capacidades de los tanques estacionario (vertical y
horizontal) que se distribuyen en Panamá, las cuales se han indicado en la Tabla 7.8. La
razón de vaporización se calcula asumiendo que el porcentaje de llenado es de 40 % de
su capacidad total, como se indica en la Figura 7.16 y la Tabla 7.14.
Figura 7.16
Formula guía para determinar la razón de vaporización.
Fuente: www.ecii.com
Donde:
D = Diámetro exterior en pulg.
L = Largo total en pulg.
K = Constante para el porcentaje de volumen de líquido en el recipiente.
TABLA 7.14 Razón de vaporización para los tanques estacionarios.
Porcentaje del recipiente lleno K Razón de vaporización a 0°F ( )HoraBtu
60 100 100.D.L
50 90 90. D.L
40 80 80.D.L
30 70 70.D.L
20 60 60.D.L
10 45 45.D.L
Fuente: www.ecii.com
-287-
Estas fórmulas permiten que la temperatura del líquido sea refrigerada a –20 °F
(bajo cero), lo que producirá un diferencia de temperatura de 20 °F para la transferencia
del calor del aire a la superficie "mojada" del recipiente y de allí al líquido. No se
considera el área de espacio de vapor del recipiente de gas; su efecto es insignificante.
La razón de vaporización para otras temperaturas del aire exterior distintas de
0°F se multiplican los resultados obtenidos con la fórmula anterior por uno de los
factores de la Tabla 7.15 que corresponda a la temperatura prevaleciente del aire.
TABLA 7.15 Factor para la razón de vaporización para otras temperaturas.
Temperatura del
aire exterior (°F)
Factor Temperatura del
aire exterior (°F)
factor
-15 0.25 5 1.25
-10 0.50 10 1.50
-5 0.75 15 1.75
0 1.00 20 2.00
Fuente: www.ecii.com
Para calcular la cantidad del tanque estacionario a utilizar en una instalación, se
empleará la siguiente expresión:
V
T
R
P
N =
Donde:
N = Cantidad de tanques estacionarios a utilizar
PT = Potencia total, en hBtu
RV = Razón de vaporización, en hBtu
En la mayoría de las instalaciones de gas de uso doméstico se instala un sólo
tanque estacionario, sólo en las instalaciones industriales, donde el consumo es alto se da
-288-
la necesidad de instalar varios tanques estacionarios. Para calcular la capacidad real del
tanque estacionario se realizará en función del número de estos, como lo indica la
siguiente expresión:
25.1
NM
M R =
Donde:
MR = Capacidad real
N = Cantidad de tanque estacionario a utilizar
M = Capacidad de los tanque estacionarios distribuidos en Panamá; ver
Tabla 7.8.
1.25 = Factor de corrección por el llenado de los tanques estacionarios un
80 % de su capacidad total.
La capacidad del tanque estacionario debe asegurar un período de consumo de
por lo menos 8 días para que la compañía que suministra el gas licuado vuelva a llenarlo.
Para calcular este tiempo se utiliza la siguiente expresión:
T
T
E
P
PCSM
P
.
=
Donde:
PE = Período estimado para el llenado de los tanque estacionario; en días.
MT = Capacidad total, en kg
PCS = Poder calorífico superior; en kgkcal
PT = Potencia total; en díakcal
-289-
7.4.9 PASOS PARA EL DIMENSIONAMIENTO DE LAS TUBERÍAS DE GAS:
Para realizar el cálculo se seguirán los siguientes pasos:
1. Conocer las características del gas que se suministra, en Panamá se utiliza
el gas licuado (propano y butano). A si como el rango de ajuste de la
presión de salida de los diferentes recipientes de gas licuado.
2. Realizar el trazo de la instalación según las características de la
edificación, determinando la longitud de cada tramo y seleccionar la línea
principal.
3. Elegir el material con el que se construirá la instalación. En Panamá se
utiliza acero galvanizado escala 40.
4. Determinar los caudales nominales de cada aparato.
5. Determinar el caudal máximo de simultaneidad de cada apartamento.
6. Determinar el caudal máximo de simultaneidad de la línea principal que
abastece toda la edificación.
7. Determinar la longitud equivalente de cada tramo de la instalación de gas.
8. Se elige un diámetro comercial para proceder a calcular la caída de
presión, esta deber ser menor o igual al 5% de la presión inicial y asegurar
una presión en el artefacto a gas más desfavorable de aproximadamente
11 pulg c.a (columna de agua), con la caída de presión se procede a
calcular la velocidad. Esto se realiza para todos los tramos de tubería de la
instalación de gas.
-290-
9. Se debe tener en cuenta que la velocidad del gas que circula dentro de una
tubería no debe de exceder los 20 sm , para considerar que el diámetro
seleccionado es el correcto.
10. Se procede a diseñar cuadros de los diferentes tramos de la instalación de
gas, en las que se incluirán los siguientes puntos:
a. Diámetro comercial del tramo.
b. Longitud real del tramo.
c. Caída de presión para cada tramo, menor o igual al 5% de
la presión inicial.
d. Caudal máximo del tramo.
e. Presión inicial y final del tramo.
f. Velocidad del gas en el tramo.
7.5 UBICACIÓN DE LOS RECIPIENTES DE GAS.
Los recipientes de gas se deben ubicar en zonas abiertas, lugares de poco tránsito
por personas y en zonas de fácil acceso para el llenado o el cambio del recipiente.
También se debe tener en cuenta los deseos del propietario de la edificación en lo
concerniente a la ubicación de los recipientes de gas y principalmente a las normas y
reglamentos que establecen las condiciones mínimas para la ubicación apropiada de los
recipientes de gas.
Cuando se instalan más de dos recipientes de gas, la separación entre un tanque
estacionario y otro portátiles debe ser como mínima 5 m, a menos que exista un muro
-291-
divisorio entre ellos. Mientras que la separación entre dos tanque estacionarios con
capacidad de agua menores de 2000 galones debe ser 1.5 m como mínimo; como lo
indican la Figura 7.17.
Figura 7.17
Separación mínima entre los recipientes de gas
Fuente: Luis Lesur. Manual de instalaciones de gas. México D.F. México, Editorial Trillas, S.A. de C.V., 1998. 68 p.
7.5.1 CILINDRO DOT:
Los cilindro DOT pueden ser portátiles o estacionarios, los portátiles se deben
instalar sobre una base firme y nivelada, la cual debe estar entre 5 y 10 cm sobre el nivel
del piso y recostado a la pared de la edificación para evitar que se caigan los cilindros.
Para la instalación de los cilindros DOT estacionarios y portátiles se deberán cumplir las
siguiente distancias mínimas de seguridad establecidas por la norma NFPA-58
(Almacenamiento y manejo de gas licuado de petróleo) de 1992, como se indica en la
Figura 7.18.
Figura 53
-292-
Notas:
1. Un mínimo de 5 pies entre la apertura de la válvula de alivio y las fuentes de
ignición externas (aire acondicionado), apertura de ventilación directa o sistema
de ventilación mecánico (ventiladores).
2. Si el cilindro DOT es llenado en el sitio por un camión de reparto, la conexión de
llenado y la válvula de venteo deben estar por lo menos a 10 pies de cualquier
fuente exterior de ignición, de ventilación directa o sistema de ventilación
mecánica.
7.5.2 TANQUE ESTACIONARIO (RECIPIENTE ASME):
Para la instalación de los tanques estacionarios se deberán cumplir las siguientes
distancias mínimas de seguridad establecidas por la norma NFPA-58 (Almacenamiento y
manejo de gas licuado de petróleo) de 1992, como se indicadas en la Figura 7.19.
-293-
Figura 7.19
Ubicación correcta de los tanques estacionarios
Fuente: www.ecii.com
Notas:
1. Independientemente de su tamaño, cualquier tanque ASME llenado en sitio debe
estar ubicado de tal forma que la conexión de llenado y el indicador de nivel de
líquido fijo estén por lo menos a 10 pies de una fuente de ignición externa (por
ejemplo, una llama expuesta, unidad de aire acondicionado de ventana,
compresor, etc.), de la entrada a un aparato de gas de ventilación directa o de la
entrada a un sistema de ventilación mecánico.
2. Puede ser reducido a un mínimo de 10 pies para un sólo recipiente con una
capacidad de agua de 1200 galones, o menos, si está ubicado a por lo menos 25
pies de cualquier otro recipiente de Gas-LP de una capacidad de agua de más de
125 galones.
3. Distancias mínimas desde los recipientes subterráneos serán medidas desde la
válvula de alivio y desde la conexión de llenado o de nivel en el recipiente,
-294-
siempre y cuando ninguna parte del recipiente subterráneo esté a menos de 10
pies de un edificio o de una línea de propiedad vecina en la cual se pueda llegar a
construir.
4. En lugares donde el recipiente puede sufrir una acción abrasiva o daño físico
debido a tráfico de vehículos u otras causas, debe estar a una distancia de por lo
menos 2 pies bajo el nivel del suelo y protegido de alguna forma de tal daño
físico.
7.6 NORMAS Y REGLAMENTACIONES.
La Dirección General del Cuerpo de Bombero de la cuidad de Panamá y la
Oficina de Seguridad ha establecido las normas mínimas para el manejo e instalación de
los sistemas de gas comprimido, bajo el nombre de CAPÍTULO IX (Gases
comprimidos). A continuación se presentan los artículos más importantes para el diseño
de los sistemas de suministro de gas licuado de petróleo:
ARTÍCULO 16-9:
El sistema de tuberías se probará por medio de una bomba y a una presión de aire
equivalente a una atmósfera (15 psi) la cual debe ser mantenida por un tiempo mínimo
de 30 min.
ARTÍCULO 28-9:
En los edificios existentes las tuberías de una instalación deberán ir
preferentemente colocadas en la parte exterior del edificio. Cuando por una razón u otra
sea imposible hacerlo en esta forma se permitirá colocarla en la parte interior del edificio
-295-
siempre y cuando vaya a lo largo de los corredores, pasillos y zanguanes del edificio, por
ninguna circunstancia pasarán dentro de las habitaciones. Las instalaciones exteriores
permitidas deberán ser bien aseguradas con grapas metálicas. Cuya distancia se
determinará de acuerdo a las condiciones existentes.
ARTÍCULO 32-9:
Toda instalación de gas deberá ser construida con material autorizado para estos
usos (acero galvanizado cal. 40). El uso de cobre queda restringido a la interconexión del
artefacto solamente.
ARTÍCULO 33-9:
Las instalaciones residenciales de 60 y 100 lbs deberán tener su cometida (salida
para cilindros) a 1.40 m de alto, medida desde el nivel de piso acabado y 0.90 m de altura
del nivel de piso acabado a la salida del artefacto.
ARTÍCULO 34-9:
La ubicación de los tanques deberá ser en un lugar despejado y alejado de puertas
y ventanas de la residencia 1 m mínimo y a no menos de 0.60 m de la toma corrientes u
otro artefacto que genere calor o chispa.
ARTÍCULO 37-9:
Los cilindros de gas deberán instalarse sobre un pavimento de concreto, el cual
contará con ranuras para evitar la acumulación de agua bajo el tanque y evitar la
corrosión de los mismos.
ARTÍCULO 38-9:
-296-
Los tanques industriales de gas deberán estar protegidos con un sistema contra
incendio, autorizado por la Oficina de Seguridad.
ARTÍCULO 40-9:
Los tanques de gas estacionarios, estarán ubicados en el lugar que indique la
Oficina de Seguridad y contara con la ventilación adecuada, y normas de seguridad
establecidas.
ARTICULO 42-9:
Todo edificio que conste de más de 5 apartamentos deberá utilizar sistema de gas
comunal (cilindro estacionario) el cual deberá ser individual para cada apartamento
desde la planta baja acoplada a un manifold y de allí al cilindro.
Las opciones para la conducción del sistema de distribución son:
a. Línea individual interna (a través de pared y piso).
b. Una sola línea que se reparte por piso, siempre y cuando ésta se
encuentre dentro de un foso independiente con puerta en las uniones y
cuyo diámetro permita la utilización de llaves para la reparación del
sistema en caso de escape.
c. Una línea, ya sea por fuera o dentro del edificio la cual debe ser visible
en toda su extensión vertical y con llaves de paso en lugares accesibles
para control de cada apartamento.
ARTÍCULO 107-9:
Se permitirá las instalaciones de tanque estacionario en áreas urbanas, siempre
que dicha instalación se haga dentro de las siguientes reglas.
-297-
Los tanques de 151 galones (capacidad de agua) a una distancia no menor de 2 m
del edificio más próximo y de la línea de propiedad.
Los tanques de 501 a 2000 galones (capacidad de agua) a una distancia no menor
de 6 m del edificio más próximo y de la línea de propiedad y los edificios deben estar
construido con material retardantes al fuego, al igual que los edificios contiguos.
ARTÍCULO 111-9:
Todo tanque con capacidad mayor a los 2,000 galones deberá estar provisto de un
sistema de roseadores y alarmas de actuación automática o manual y en ese caso las
válvulas de paso deberán estar colocadas en una distancia y ubicadas en tal forma que
permita su rápida y fácil operación sin correr riesgo alguno. Todo plano de plomería
deberá tener además el rayado de la tubería de gas, la cual será de acero galvanizado
escala 40..
Tanto las salidas como las entradas estarán distantes, como mínimo, a 0.60 m de
cualquier tipo de toma corriente u otra clase de equipo eléctrico.

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Diseño del sistema de suministro de gas

  • 1. CAPÍTULO VII DISEÑO DEL SISTEMA DE SUMINISTRO DE GAS.
  • 2. -248- VII- DISEÑO DEL SISTEMA DE SUMINISTRO DE GAS. 7.1 CARACTERÍSTICAS DEL GAS. Para diseñar una instalación de gas en un edificio se debe conocer las características del gas que se suministrará a la edificación. Las características principales del gas utilizadas en el diseño son las siguientes: 7.1.1 FAMILIA Y DENOMINACIONES DEL GAS. Gas licuado de petróleo: Es un derivado del petróleo que está compuesto principalmente por propano (C3H8) o butano (C4H10), o bien, una mezcla de éstos en diferentes proporciones. Se almacenan y transportan en forma líquida, bajo presión moderada y que son fácilmente evaporables para formar gas, debido a que este gas tiene la particularidad de que si a temperatura normal se somete a presiones mayores que la atmosférica se condensa y se convierte en líquido, lo que permite su almacenamiento en tanques o cilindros. El procesamiento del gas licuado a partir del petróleo, da un producto limpio, claro y bajo en contaminantes. Esta mezcla (Propano-Butano) en su estado natural no presenta olor ni color; sin embargo, durante el procesamiento se le adiciona un olor característico a fin de poder identificarlo o detectar fácilmente las fugas. Este olor proviene generalmente de mercaptanos, que son hidrocarburos que contienen átomos de azufre, los cuales le confieren ese olor particular, estos mercaptanos que se agregan en proporciones muy reducidas, no afectan en nada la combustión del gas y desaparecen cuando éste se quema. El gas licuado de petróleo se indica por el símbolo GLP.
  • 3. -249- La composición del gas licuado del petróleo varía de acuerdo a la disponibilidad de las empresas distribuidoras, utilizándose en nuestro país las mostradas en la Tabla 7.1 TABLA 7.1 Composición química del gas licuado de petróleo. Denominación del GLP % de propano % de butano Propano 95 5 Butano 80 20 Propano-Butano 39 61 Fuente: Nestor P. Quadri. Instalaciones de gas. Argentina. Buenos Aires, Librería y Editorial Alsima, 1998. 39p. Gas natural: Está compuesto por metano y etano, son gases que no se vuelven líquido a la temperatura ordinaria. Es la mezcla de hidrocarburos livianos en estado gaseoso, donde la mayor proporción corresponde a metano (CH4) en un valor que oscila entre el 80 al 95 %. El porcentaje restante está constituido por el etano (C2H6), propano, butano y superiores. El gas natural se indica por el símbolo GN. La composición típica del gas natural utilizada a nivel mundial se indica en la Tabla 7.2. TABLA 7.2 Composición química para el gas natural. Hidrocarburo Composición Química Rango(en %) Metano CH4 91-95 Etano C2H6 2-6 Dióxido de Carbono CO2 0-2 Propano C3H8 0-2 Nitrógeno N 0-1 Fuente: http://www.gasnaturalsdg.es Gas manufacturado: Son los que se obtienen por procesos de fabricación, partiendo de combustibles sólidos o líquidos, debido a los diferentes tratamientos térmicos.
  • 4. -250- Bio – Gas: Proviene de la descomposición de la materia orgánica por medio de las bacterias, estando compuesto básicamente por metano (50 a 70 %) y de dióxido de carbono (30 a 45 %), con pequeñas proporciones de oxígeno, hidrógeno y nitrógeno. El Bio – Gas es producto de residuos fósiles, vegetales y materia orgánica en ausencia de oxígeno, por parte de las bacterias anaeróbicas. 7.1.2 PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS GASES COMBUSTIBLES: Poder calorífico superior (PCS): Es la cantidad de calor producida por la combustión completa de una unidad de masa o volumen de gas suponiendo que condense el vapor de agua que contienen los productos de la combustión; como se indica en la Tabla 7.3. TABLA 7.3 Poder calorífico superior para los gases combustibles. Tipo de Gas Poder calorífico superior (PCS) ( )3 mkcal ( )kgkcal Gas Natural 10,000 Propano 22,380 12.013 Butano 27,842 11.878 Fuente: Nestor P. Quadri. Instalaciones de gas. Argentina. Buenos Aires, Librería y Editorial Alsima, 1998. 40p. Poder calorífico inferior (PCI): Es la cantidad de calor producida por la combustión completa de una unidad de masa o volumen de gas sin que condense el vapor de agua que contienen los productos de la combustión; como se indica en la Tabla 7.4.
  • 5. -251- TABLA 7.4 Poder calorífico inferior para los gases combustibles. Tipo de Gas Poder calorífico inferior (PCI) ( )3 mkcal ( )kgkcal Gas Natural 9,000 Propano 11,000 Butano 10,900 Fuente: http://electric.mecon.ar/Electricidad/Informes/Balances/cuadro15.htm Densidad del gas: Es la relación existente entre una masa de dicho gas y el volumen que ocupa en unas condiciones de referencia de presión y temperatura dadas, normalmente expresándose en ( )3 mkcal o ( )ltskg ; como se indica en la Tabla 7.5. TABLA 7.5 Peso específico o densidad para los gases combustibles. Tipo de Gas Peso especifico o densidad ( )3 mkcal ( )ltskg Gas Natural 0.770 Propano 0.508 Butano 0.567 Fuente: Nestor P. Quadri. Instalaciones de gas. Argentina. Buenos Aires, Librería y Editorial Alsima, 1998. 40p. Densidad relativa de vapores: Es la relación existente entre el peso específico de un gas y el del aire, expresados ambos en las mismas condiciones de referencia de presión y temperatura; como se indica en la Tabla 7.6. TABLA 7.6 Densidad relativa de vapor para los gases combustibles. Tipo de Gas Densidad relativa de vapor Gas Natural 0,629 Propano 1.525 Butano 1.907 Fuente: Nestor P. Quadri. Instalaciones de gas. Argentina. Buenos Aires,Librería y Editorial Alsima, 1998. 40p. Densidad relativa de líquido:
  • 6. -252- Es la comparación del peso de un volumen dado de un líquido, con el peso del mismo volumen de agua a una determinada temperatura. La gravedad específica del gas L.P se emplea tanto para calcular las cantidades en peso, del gas manipulado como para el caso del llenado de los recipientes, pues de ella depende el límite de llenado de los mismos; como se indica en la Tabla 7.7. TABLA 7.7 Densidad relativa de líquido para el gas licuado de petróleo. Tipo de Gas Densidad relativa de liquido Propano 0.508 Butano 0.567 Fuente: Nestor P. Quadri. Instalaciones de gas. Argentina. Buenos Aires, Librería y Editorial Alsima, 1998. 40p. Razón de vaporización: Cantidad de energía equivalente al poder calorífico del gas que se puede evaporar por hora en los recipientes de gas licuado; se expresa en horaBtu o horaMcal . Su símbolo es RV. En Panamá el gas licuado de petróleo es el más utilizado como combustible doméstico e industrial ya que la mayor parte de los artefactos de gas que existen en Panamá vienen diseñados para quemarlo. Por lo tanto en este capítulo nos referiremos particularmente a las instalaciones de gas licuado. 7.2 TIPOS DE INSTALACIONES. Para realizar el diseño de una instalación de gas se debe tener en consideración el tipo de edificación. Las instalaciones de gas se utilizan para suministrar gas a las siguientes edificaciones: unifamiliares, multifamiliares y locales destinados a usos comerciales e industrial.
  • 7. -253- Dependiendo del tipo de edificación y por condiciones de diseño se presentan los siguientes tipos de instalación, como se indica en la Figura 7.1. Figura 7.1 Diagrama donde se indican los tipos de instalaciones de gas. Instalación común: Instalación Común Instalación Individual 1. Depósito de gas. 2. Válvula de control general. 3. Unión. 4. Válvula de control para los aparatos a gas. 5. Aparatos de utilización. 6. Límite de los apartamentos. Apartamentos 5 5 4 4 32 1 6
  • 8. -254- Es aquella instalación que se utiliza una sola línea de gas, la cual distribuye el gas desde el sitio de almacenamiento al lugar de consumo (viviendas, apartamentos, etc.). Instalación individual: Es aquella instalación en la cual se utiliza una línea principal, la cual distribuye el gas desde la instalación común a los diferentes aparatos de consumo (estufa, calentador de agua etc.). Instalación de uso comercial: Para el caso de las instalaciones de uso comercial (restaurantes, lavanderías, etc.) son idénticas que las instalaciones individuales domésticas la única diferencia que existe es en el caudal y la potencia, debido a las características de operación de los aparatos instalados. Otra forma de clasificarlo es mediante el tipo de edificación y la clase de recipiente de gas utilizado: Suministro de GL a través de cilindro de 25 lbs: Cuando el tipo de cilindro a utilizarse sea de 25 libras, esta instalación se hará directamente del cilindro al artefacto, ya sea estufa, calentador, secadora, etc., independientemente del tipo de uso o tamaño de la edificación. En estos casos, la oficina de seguridad del Cuerpo de Bomberos de Panamá, ni ninguna otra oficina gubernamental exige un diseño de estos sistemas. Lo usual es comunicarlo mediante una nota que el suministro de gas se hará con cilindro de 25 libras. Suministro de GL a través de cilindros de 60 y 100 libras:
  • 9. -255- Cuando se trata de residencias unifamiliares o edificaciones de hasta cinco apartamentos, éstas podrán ser abastecidas por dos cilindros de 60 ó 100 libras ubicados en el exterior del edificio de donde el gas es llevado por tuberías y accesorios a los distintos puntos de consumo, como se indica el la Figura 7.2. Suministro de GL a través de cilindro estacionario: Toda edificación que conste de más de cinco apartamentos deberá utilizar sistemas de gas comunal (cilindro estacionario). En este caso, las opciones para la conducción del sistema de distribución, son las siguientes: Desde planta baja, líneas individuales internas (a través de paredes y pisos acopladas a un manifold), como lo indica la Figura 7.3. Una sola línea principal expuesta, ya sea por fuera o dentro de las edificaciones que reparten por piso, la cual debe ser visible en toda su extensión vertical y con llaves de pasos en lugares accesibles para control de cada apartamento. Si la tubería corre por dentro de la edificación, deberá ubicarse dentro de un foso independiente, con puertas en las uniones y cuyo diámetro permite la utilización de herramientas para la reparación del sistema en casos de escapes, como lo indica la Figura 7.4.
  • 10. -256- Figura 7.2 Suministro de gas licuado para residencias unifamiliares. 1.50
  • 11. -257- Figura 7.3 Suministro de gas licuado con manifolod y tanque estacionario.
  • 12. -258- Figura 7.4 Suministro de gas licuado con tanque estacionario y subida única.
  • 13. -259- 7.3 MATERIALES Y EQUIPOS DE LAS INSTALACIONES DE GAS. Para realizar una instalación de gas se utiliza varios materiales y equipos. Los materiales son las tuberías y conexiones para las tuberías. Los equipos son los tanques o recipientes de gas, los reguladores de flujo, las válvulas que permiten o impiden su paso y los medidores de gas. Todas las instalaciones de gas que se usan para suministrar el gas a los artefactos tienen los siguientes materiales y equipos, como lo indica la Figura 7.5. Figura 7.5 Materiales y equipos de las instalaciones de gas licuado. Fuente: Luis Lesur. Manual de instalaciones de gas. México D.F. México, Editorial Trillas, S.A. de C.V., 1998. 62 p. 7.3.1 RECIPIENTES DE GAS LICUADO: En los recipientes de gas licuado la parte inferior del recipiente contiene el líquido, mientras que en la superior se acumula el gas que es el que se utiliza en los artefactos para la combustión, como se indica en la Figura 7.6. 1- Recipiente de gas 2- Regulador 3- Tuberías 4 -Válvulas de control 5- Artefactos a gas
  • 14. -260- Figura 7.6 Distribución del gas líquido y gas evaporado de los recipientes de gas. Fuente: Luis Lesur. Manual de instalaciones de gas. México D.F. México, Editorial Trillas, S.A. de C.V., 1998. 9 p. La extracción del gas reduce la presión interna del recipiente, esto causa que el líquido hierva en un intento de restaurar la presión interna por medio de la generación de gas para reemplazar aquel gas que fue extraído. El calor latente de vaporización requerido es cedido por el líquido, lo que causa que la temperatura del líquido baje a consecuencia del calor consumido. El calor perdido a causa de la vaporización del líquido es reemplazado por el calor del aire que rodea el recipiente, este calor es transferido del aire al líquido por medio de la superficie metálica del recipiente. El área del recipiente en contacto con el gas no se considera porque el calor absorbido por el gas es insignificante. La parte de la superficie del recipiente que está cubierta por el líquido se llama la superficie mojada. Mientras más grande sea esta superficie mojada o que el recipiente tenga más líquido mayor será la capacidad de vaporización del sistema. Un recipiente más grande tendrá
  • 15. -261- una capacidad de vaporización mayor. Si el líquido en el recipiente recibe el calor de vaporización del aire exterior, mientras más alta sea la temperatura exterior mayor será el índice de vaporización del sistema. Los recipientes de gas licuado más utilizados en las diferentes edificaciones de la Panamá son: Cilindro manual: Con una capacidad para 10 y 20 lbs, que se emplean el las estufas portátiles y en sopletes utilizados para soldar tuberías de cobre. Cilindro portátil: Con una capacidad de 45, 60 y 100 lbs, aunque voluminosos y pesados, resultan relativamente fácil de mover y trasladar para su llenado y cambio. Cuando están vacíos las empresas de servicio de gas los recogen para llenarlos de nuevo. Las llaves de servicio de los cilindros portátiles son válvulas de paso que sirven tanto para llenado del gas como para el suministro a las instalaciones de servicio. También tienen una válvula de seguridad que abre en caso de una presión interna excesiva, con la cual se evita su posible explosión. Estas válvulas están fabricadas para estar en contacto solamente con el gas, nunca con el líquido por eso los recipientes portátiles deben mantenerse siempre que se usen en su posición vertical. En la Figura 7.7 se presenta una instalación típica de los recipientes portátil. 11 2
  • 16. -262- Figura 7.7 Instalación de los recipientes portátiles. Fuente: Luis Lesur. Manual de instalaciones de gas. México D.F. México, Editorial Trillas, S.A. de C.V., 1998. 11 p. Tanque estacionario: Se entiende por tanque estacionario, el tanque de acero fabricado especialmente para contener gas licuado y que por su peso y dimensiones puede llenarse solamente en el lugar de su instalación. Se recargan a través de un carro tanque que va hasta al sitio de la instalación y lo recarga por medio de una manguera. Los tanques estacionarios se dividen en Cilindro DOT (vertical) y recipiente ASME (horizontal). Los hay de diversas capacidades, los más pequeños pueden almacenar una capacidad de agua de 130 galones y los más grandes pueden almacenar una capacidad de agua de aproximadamente 2000 galones. Las forma y dimensiones de los recipientes estacionarios que distribuyen las empresas dedicadas a la venta de gas licuado (Panagas y Tropigas) se presentan en la Figura 7.8 y en la Tabla 7.8 respectivamente. El diseño y fabricación de estos recipientes están regidos por las normas ASME, DOT y la AWS.
  • 17. -263- Figura 7.8 Dimensiones principales de los recipientes estacionarios. Fuente: Industria panameña de cilindros, S.A. TABLA 7.8 Tamaño estándar de los recipientes portátiles. Cilindro DOT Capacidad en galones de agua Diámetro exterior; pulg. Altura del cuerpo; pulg. Altura total; pulg. Diámetro de la base; pulg. Peso total aproximado; lbs Cilindro DOT Recipiente ASME
  • 18. -264- 130 30 49 59 26 405 140 30 52 62 26 430 150 30 55 83 65 83 26 455 Recipiente ASME Capacidad en galones de agua Diámetro exterior; pulg. Largo total; pies Altura total; pulg. Peso total aproximado; lbs 325 30 9.7 42.5 860 500 36 10.4 48.5 1350 650 36 13.3 48.5 1725 1000 36 20.1 48.5 2580 2000 36 39.9 48.5 5000 Fuente: Industria panameña de cilindros, S.A. Los tanques estacionarios tienen colocado de fábrica varias válvulas y un medidor magnético que registra la carga de líquido que hay en su interior. Las válvulas que tienen instaladas de fabrica son: Válvula de seguridad: se utiliza para aliviar la presión cuando se excede de un cierto límite. Se cierra automáticamente cuando la presión entra en un rango normal. Válvula de servicio: es similar a una llave de globo para agua, pero diseñada para gas, es la que controla la salida del gas para el servicio, después de la válvula de servicio se conecta el regulador. Válvula para retorno de vapor: esta válvula la tienen los tanques medianos y grandes para el retorno de vapores. Tiene la función de igualar la presión del tanque estacionario con la del auto tanque. También se utiliza para purgar el tanque y evitar que la presión se eleve demasiado al recargar de gas.
  • 19. -265- Válvula para el llenado: esta válvula en su interior tiene una doble válvula de no retroceso que se cierra automáticamente cuando el flujo de gas se detiene, lo cual permite la desconexión de la manguera. Válvula check: se utiliza para el vaciado rápido del gas en caso de emergencia. Es una combinación de válvula de retroceso y de exceso de flujo que tiene una tapa adicional para el cierre hermético. Al recargar un tanque estacionario se conectan dos mangueras, una para el llenar el tanque con gas licuado y otra por donde regresan los vapores del gas al auto tanque lo que permite que el llenado sea sin contra tiempo. Sin embargo, a nivel doméstico rara vez se usa una línea de retorno de vapor. 7.3.2 REGULADOR: La función principal es mantener constante la presión de servicio del regulador, sin importar la variación de presión en el interior del recipiente de gas, la cual depende de la temperatura del ambiente. Debido a que los artefactos de gas de uso doméstico están diseñado para trabajar óptimamente a una presión regulada de 11 pulg c.a. De modo que los reguladores de los recipientes de gas son diseñados para que cualquiera que sea la presión en el interior del recipiente, la presión de servicio del regulador será capaz de vencer las pérdidas de en la instalación y el resultado de la presión en la válvula de control del artefacto sea de 11 pulg. c.a (columnas de agua). Esta presión para los artefactos domésticos se conoce como baja presión. Regulador para los tanques portátiles:
  • 20. -266- Como la presión del gas en la válvula de servicio varía de 8 a 100 psi, dependiendo de la temperatura exterior de los recipientes portátiles. Se instala una válvula reguladora que permitirá que la presión a la que se suministra el gas a la tubería de servicio y la de llegada al artefacto de gas más crítico sea constante. La presión de entrada al regulador es siempre mayor que la de su salida como lo indica la Figura 7.9. Estos reguladores vienen de fábrica regulados a una presión de salida de 11 pulg c.a. (columna de agua), que es la presión de operación de los artefactos a gas. Estos reguladores se utilizan en edificaciones pequeñas, de poco consumo y pérdidas de carga mínima. Figura 7.9 Presiones de entrada y salida de los reguladores de presión. Fuente: Luis Lesur. Manual de instalaciones de gas. México D.F. México, Editorial Trillas, S.A. de C.V., 1998. 39 p. Los reguladores para los tanque portátiles tienen dos entradas para conectar un par de tanques y un sola salida que es la de servicio de gas. Tiene una llave selectora que es la que indica el tanque del cual se está tomando el gas, como se indica en la Figura 7.10. 8 a 100 psi8 a 100 psi Presión de servicio
  • 21. -267- Figura 7.10 Válvula reguladora de presión de los tanques portátiles. Fuente: Luis Lesur. Manual de instalaciones de gas. México D.F. México, Editorial Trillas, S.A. de C.V., 1998. 41 p. Regulador de los tanques estacionarios: Se instalan cuando la variación de presión en el interior de los tanques estacionarios varía de 8 a 200 psi y se diseñan con un rango de presión que se puede ajustar dependiendo de los requerimiento de la edificación. Generalmente, los artefactos a gas para uso doméstico y comercial operan a una presión de 11 pulg c.a. (columna de agua), el regulador debe suministrar esta presión a pesar de la variación de la carga producida por el uso intermitente de los artefactos. En ciertos casos es necesario instalar dos reguladores de presión en serie conocido comúnmente como sistema de regulación de dos etapas, el primer regulador se le conoce de alta presión y el segundo de baja presión, se instalan cuando la ubicación del recipiente de gas está muy alejada de los lugares de consumo o en edificaciones de gran altura. Están provista de una sola entrada que es a la que se conecta al tanque estacionario y una salida de servicio de gas, como se indica en la Figura 7.11.
  • 22. -268- Figura 7.11 Válvula reguladora de presión de los tanques estacionarios. Fuente: Luis Lesur. Manual de instalaciones de gas. México D.F. México, Editorial Trillas, S.A. de C.V., 1998. 41 p. Para la selección de un regulador de presión para los tanques estacionarios se tiene que tener en cuenta el consumo, la presión interna del recipiente de gas, las pérdidas de carga, la presión de servicio del regulador y la presión de operación de los artefacto a gas. Para seleccionar los reguladores de presión ya sea de una o de dos etapas utilizaremos los datos técnicos de los reguladores de presión modelo LV4403B y el modelo LV4403TR de la marca REGO. Datos técnicos del Modelo LV4403B: estos reguladores están diseñados para reducir la presión de entrada de 5 a 15 psi a una presión de salida de aproximadamente de 11 a 12.5 pulg c.a (columna de agua) que es la presión de operación de los artefactos de uso comercial y doméstico. En la Figura 7.12 se presentan las dimensiones de ambos modelos, las características técnicas del modelo LV4403B, se indican en la Figura 7.13. B A. Entrada del regulador. B. Salida del regulador
  • 23. -269- Figura 7.12 Dimensiones de los reguladores de presión LV4403B y LV4403TR Fuente: www.ecii.com Figura 7.13 Dato técnicos de los reguladores de presión LV4403B. Fuente: www.ecii.com Datos técnicos del Modelo LV4403TR: estos reguladores esta diseñados para reducir presiones de entrada de 15 a 150 psi a una presión de salida de aproximadamente de 7 a 10 psi. Estos son utilizados para aplicaciones industriales y en los sistemas de regulación de doble etapa. Las características técnicas se indican en la Figura 7.14. REGULADOR MODELO LV4403B REGULADOR MODELO LV4403TRpsi
  • 24. -270- Figura 7.14 Dato técnicos de los reguladores de presión LV4403TR. Fuente: www.ecii.com Ejemplo para seleccionar los reguladores de presión de un sistemas de suministro gas de dos etapas: Datos N°1: Potencia total: 500,000 horaBtu Presión de entrega a los artefactos de gas: 10 pulg de c.a Presión interna mínima del recipiente de gas: 50 psi Para estas condiciones se utiliza el diagrama del regulador modelo LV4403TR de la Figura 7.14, se traza una línea vertical hacia arriba desde el índice de flujo (500,000 horaBtu ), hasta interceptarse con la curva que corresponde a la presión interna mínima del recipiente de gas (50 psi). Se traza una línea horizontal desde la intersección de éstas líneas hasta la presión de descarga/suministro a mano izquierda en el diagrama. En este ejemplo, la presión de descarga/suministro será de 10 psi. Debido a que la presión de suministro a los artefactos de gas es de 10 pulg de c.a y no de 10 psi, hace necesario utilizar otro regulador de presión, llamado comúnmente como regulador de baja presión. Dato N°2:
  • 25. -271- Potencia total: 500,000 horaBtu Presión de entrega a los artefactos de gas: 10 pulg de c.a Presión de entrada al regulador: 10 psi Para estas condiciones se utiliza el diagrama del regulador modelo LV4403B de la Figura 7.13 y se realiza el mismo procedimiento que se utilizó anteriormente. Respuesta: La presión de descarga/suministro será de 10.20 pulg c.a, indicando que estos reguladores están bien seleccionados. 7.3.3 MEDIDORES: En las instalaciones de tanques estacionarios, en edificios donde se abastecen muchos clientes de un sólo recipiente se instalan los medidores para registrar el consumo de cada apartamento. En Panamá no se utiliza debido a su ineficiencia, lo que hacen las compañías de gas es prorratear el consumo y las personas tienen que pagar tarifas para comprar el recipiente de gas. 7.3.4 VÁLVULAS DE CONTROL: Estas se utilizan para abrir o cerrar el paso del gas a los diferentes artefactos de gas. Todas las conexiones a los artefactos de gas llevan una llave de control, esta llave es indispensable para abrir o cerrar el paso del gas al artefacto cuando se tiene que hacer alguna operación de limpieza o cambio del artefacto. 7.3.5 EQUIPO DE VAPORIZACIÓN: Este equipo se utiliza para suministrar calor al gas licuado en fase líquida, se realiza por medio de un fluido intermedio (agua caliente, vapor, etc) o por energía
  • 26. -272- eléctrica y estará dotado de un sistema que impida el paso del líquido al resto de la instalación. Se instala en instalaciones industriales de grandes consumo y donde el recipiente de gas se tiene que ubicar a grandes distancias, ya que al suministrar el gas licuado evaporado por la red de tubería se condensa convirtiéndose en líquido. Para evaporarlo es necesario instalar un equipo de vaporización para poderlo utilizar en los diferentes lugares de consumo. 7.3.6 TUBOS: Existen en el mercado dos clases principales de tubos que se usan en las instalaciones de servicio de gas licuado, las de cobre flexible y acero galvanizado. En tramos cortos de instalaciones móviles se suele utilizar mangueras flexibles de neopropano en vez de tubo. Tubos de cobre flexible: Todas las conexiones de los aparatos de gas normalmente se hace por medio de tubo de cobre flexible, con el propósito de que la instalación tenga cierta flexibilidad para mover los artefactos. El tubo de cobre flexible que se conoce como cobre suave y se produce son los tipos L y K. Tiene la ventaja de ser flexible y de que se puede doblar fácilmente para adoptar los diversos quiebres en su recorrido, sin tener la necesidad de conexiones. Es particularmente útil porque permite hacer rizos antes de conectarse a los artefactos, que deben ser movidos ligeramente de vez en cuando para el aseo y en la conexión de los recipientes portátiles y la válvula reguladora de presión. Como se indica en la Figura 7.15.
  • 27. -273- Figura 7.15 Conexiones de los diferentes artefactos de gas con tubería flexible. Fuente: Luis Lesur. Manual de instalaciones de gas. México D.F. México, Editorial Trillas, S.A. de C.V., 1998. 80 p. Tubo de acero galvanizado: Es el tubo más barato para instalaciones de gas, pero su colocación es más costosa y toma más tiempo que las de tuberías flexibles. Se utiliza en instalaciones aéreas y en lugares donde los tubos quedan expuestos a grandes esfuerzos mecánicos. En los edificios y casas las instalaciones de gas se realizan de acero galvanizado escala 40. Manguera especial de neopreno: Tiene la ventaja de ser una manguera completamente segura y flexible, por lo que se puede usar en instalaciones provisionales o en instalaciones móviles. 7.3.7 CONEXIONES: Las redes de tuberías para su instalación se unen o conectan entre sí por medio de las conexiones, las cuales dependen del tipo de tubería que se esté utilizado, en el caso de gas las tuberías utilizadas son las de cobre flexible y de acero galvanizado. Éstas se pueden clasificar en: Conexiones cónicas de presión:
  • 28. -274- Para tuberías de cobre las conexiones cónicas sellan a presión mediante roscas que al apretarse presionan una ceja del tubo de cobre que ha sido previamente abocinado o acampanado, con lo cual se logra el sello hermético. Las conexiones cónicas más comunes son: 1. Tuerca cónica con reducción 2. Niple unión 3. Te unión 4. Niple unión con reducción 5. Codo unión Conexión cónica de presión con terminal: También existen conexiones que por un lado conectan con tuercas cónicas y por otro con tuerca roscada o uniones roscadas. En este caso se conocen como terminales. Las conexiones cónicas más comunes son: 1. Niple terminal macho 2. Te terminal al centro macho 3. Niple terminal hembra 4. Codo terminal macho 5. Codo terminal hembra 6. Te terminal al centro hembra. Conexiones para tuberías galvanizada: Las conexiones galvanizados como son uniones, te, codo, reducción campana, reducción bushing, tapón, cople, etc, son conocidas comúnmente como conexiones
  • 29. -275- roscada. Esta se unen por medio de roscas, asegurando un ajuste hermético por medio de la presión entre las caras de las roscas del tubo y la conexión a unir. 7.4 PRINCIPIOS BÁSICOS PARA EL CÁLCULO. 7.4.1 DETERMINACIÓN DEL CAUDAL NOMINAL DE UN APARATO. El caudal nominal de un aparato a gas depende de su gasto calorífico y del poder calorífico superior del gas distribuido. El gasto calorífico de un aparato a gas es la potencia que consume en su funcionamiento normal. El gasto calorífico de un aparato a gas puede venir expresado en base al poder calorífico superior o en base al poder calorífico inferior del gas. Para calcular el caudal nominal de un aparato a gas se debe dividir el gasto calorífico, generalmente, indicado en su placa de característica, por el poder calorífico del gas suministrado, superior o inferior en función de cómo se exprese el gasto calorífico. Normalmente, el gasto calorífico que se indica en la placa de características de un aparato a gas viene en función del poder calorífico superior, por lo cual el caudal nominal de un aparato a gas se calcula de la siguiente forma: PCS GC Qn = Donde: Qn = Caudal nominal del aparato a gas; hm3 GC = Gasto calorífico del aparato a gas en función del PCS; hKcal PCS = Poder calorífico superior del gas; 3 mKcal
  • 30. -276- Para los aparatos de uso doméstico de los cuales no se tiene conocimiento de sus características, se puede utilizar como referencia los datos de gasto calorífico y caudal nominal en función del poder calorífico superior indicados en la Tablas 7.9 y la Tabla 7.10 dependiendo del tipo de gas a utilizar. TABLA 7.9 Grado de consumo para los artefactos a gas natural. PCS = 9,500( )3 mkcal Tipo de aparato Gasto calorífico ( )hkcal Caudal nominal ( )hm3 Estufa de 4 quemadores y horno (doméstica) 10,317 1.086 Estufa de 4 quemadores, horno y rosticero (comercial) 22,515 2.370 Calentador de agua de almacenamiento menor de 110 lts 5,900 0.621 Calentador de agua de almacenamiento mayores de 110 lts. 11,875 1.250 Calentador de agua instantáneo 23,228 2.445 secadora 11,875 1.250 Baño maría 8,740 0.920 Parrilla comercial 23,978 2.524 Horno doméstico 4,199 0.442 Cafetera comercial 4,655 0.490 Parrilla de 2 quemadores 3,230 0.340 Parrilla de 4 quemador 6,460 0.680 Fuente: http://www.itlp.edu.mx/publica/tutoriales/instalaciones/tema_11.htm TABLA 7.10 Grado de consumo para los artefactos a gas licuado de petróleo. PCS = 26,695( )3 mkcal Tipo de aparato Gasto calorífico ( )hkcal Caudal nominal ( )hm3 Estufa de 4 quemadores y horno (doméstica) 11,159 0.418 Estufa de 4 quemadores, horno y rosticero (comercial) 24,078 0.902 Calentador de agua de almacenamiento menor de 110 lts 6,380 0.239 Calentador de agua de almacenamiento mayores de 110 lts. 12,814 0.480
  • 31. -277- Calentador de agua instantáneo 24,826 0.930 secadora 12,814 0.480 Baño maría 9,076 0.340 Parrilla comercial 25,627 0.960 Horno doméstico 4,538 0.170 Cafetera comercial 4,965 0.186 Parrilla de 2 quemadores 3,310 0.124 Parrilla de 4 quemador 6,620 0.248 Fuente: http://www.itlp.edu.mx/publica/tutoriales/instalaciones/tema_11.htm 7.4.2 CAUDAL MÁXIMO PROBABLE O DE SIMULTANEIDAD. Para el cálculo del caudal máximo probable se debe tener en cuenta el tipo de edificación; a continuación se presentan las diferentes formas para calcular el caudal máximo probable Instalación individual: La determinación de los caudales máximos probables o de simultaneidad, en las instalaciones individuales, se efectúa aplicando la siguiente expresión: 2 .... NDC BAQSI +++ ++= Donde: QSI = Caudal máximo de simultaneidad; ( )hm3 . A y B = Caudal de las dos aparatos de mayor consumo;( )hm3 . C, D, ...., N = Caudal del resto de aparatos; ( )hm3 . Esta expresión se utiliza cuando en una instalación individual estén instalados más de dos aparatos a gas, es poco probable que todos ellos estén funcionando a su potencia nominal al mismo tiempo. Instalación común:
  • 32. -278- La determinación del caudal máximo de simultaneidad de la instalación común se realiza sumando los caudales máximos de simultaneidad de cada apartamento y multiplicarlo por el coeficiente de simultaneidad. El valor del coeficiente de simultaneidad depende del número de apartamentos, como se indica en la Tabla 7.11. ∑= NSISI SQQ Donde: QSI = Caudal máximo de simultaneidad de la instalación común; ( )hm3 . QSC = Caudal máximo de simultaneidad de cada apartamento; ( )hm3 . SN = Factor de simultaneidad en función del número de apartamento. TABLA 7.11 Factor de simultaneidad para las instalaciones de gas. Número de Apartamentos Factor de Simultaneidad “SN” 1 1 2 0.5 3 0.4 4 0.4 5 0.4 Fuente: http://www.gasnaturalsdg.es TABLA 7.11 (Continuación). Número de Apartamentos Factor de Simultaneidad “SN” 6 0.3 7 0.3 8 0.3 9 0.25 10 0.25 15 0.20 25 0.20 40 0.15 >50 0.15 Fuente: http://www.gasnaturalsdg.es Instalaciones de uso comercial:
  • 33. -279- Para el caso de instalaciones de uso comercial (restaurante, lavandería, etc.) la determinación del caudal se hará en función de los aparatos instalados y de la previsión del uso de los mismos. 7.4.3 POTENCIA NOMINAL DE UTILIZACIÓN SIMULTÁNEA. La determinación de la potencia nominal de utilización simultánea de las instalaciones de gas se realiza multiplicando el caudal máximo de simultaneidad por el poder calorífico superior del gas. La potencia nominal de utilización simultánea en las instalación individual se calcula aplicando la siguiente fórmula: ( )PCSQP SINSI = Donde: PNSI = Potencia nominal simultánea de las instalación individual;( )hkcal . QSI = Caudal máximo de simultaneidad de la instalación individual; ( )hm3 . PCS = Poder calorífico superior del gas; ( )3 mkcal . La potencia nominal de utilización simultánea de la instalación común se expresa de la siguiente forma: ( )PCSQP SCNSC = Donde: PNSC = Potencia nominal simultánea de la instalación común; ( )hkcal . QSI = Caudal máximo de simultaneidad de la instalación común; ( )hm3 . Se recomienda que para las instalaciones de uso comercial que la potencia total simultánea sea la suma de las potencias nominales de los aparatos instalados.
  • 34. -280- 7.4.4 LONGITUD EQUIVALENTE DE LAS INSTALACIONES DE GAS. Cuando se conduce gas por una tubería se produce una disminución de su presión, llamada pérdidas de carga, que se producen por el roce del gas con las paredes de la tubería y con los diversos accesorios de la misma, como son codos, válvulas, derivaciones, etc. Para compensar las pérdidas de carga producidas por el efecto del roce del gas con los diversos accesorios y simplificar los cálculos, se toma como longitud del tramo de la instalación, la longitud real (LR) y se incrementan en un 20 % para obtener la longitud equivalente (LE). ( )RE LL 20.1= Otra forma de calcular las pérdidas de carga producida por los diferentes accesorios, es establecer una relación entre la caída de presión de cada accesorio con respecto al que tendría una determinada longitud de tubería del mismo diámetro, denominada longitud equivalente por accesorio, como se indica en la Tabla 7.12. TABLA 7.12 Longitud equivalente para los diferentes accesorios. Accesorios Longitud equivalente de tubería de acero (pies) Tamaño nominal de tubería (NPT) 3/4" 1" 1 ¼" 1 ½" 2" 2 ½" 3" Cédula 40 80 40 80 40 80 40 80 40 80 40 80 40 80 Codo roscado de 45 ° 1.2 0.9 1.3 1.2 1.7 1.5 2.0 1.8 2.6 2.4 3.0 2.8 3.8 3.7 Codo roscado de 90 ° 1.8 1.6 2.3 2.1 3.1 2.9 3.7 3.4 4.6 4.4 5.3 5.1 6.9 6.5 Te roscado corrida directa 1.4 1.3 1.7 1.6 2.4 2.3 2.8 2.6 3.6 3.3 4.2 4.0 5.4 5.0 Te roscado 4.6 4.0 5.6 5.3 7.9 7.3 9.3 8.6 12.0 11.0 15.0 14.0 17.0 16.0
  • 35. -281- bifurcación directa Válvula de globo roscada* 14.0 10.0 21.0 16.0 24.0 19.0 39.0 27.0 42.0 34.5 24.0 20.0 46.0 39.0 Válvula angular roscada* 11.0 8.0 13.0 10.0 10.5 8.5 20.0 16.0 32.0 26.5 7.5 6.0 19.0 16.0 Fuente: www.ecii.com 7.4.5 MÉTODO DE CÁLCULO DE PÉRDIDAS DE CARGA. Para el cálculo de las pérdidas de carga se debe tener en cuenta la posición de la tubería ya sea vertical o horizontal, a continuación se presenta las diferentes formas para calcular las pérdidas de carga dependiendo de su posición en la edificación. Tuberías horizontales: Para la determinación de las pérdidas de cargas en tramos de tuberías horizontales se utilizan las fórmulas de Renouard simplificadas, válidas para los casos en los que la relación entre caudal y diámetro sea inferior a 150. DQ < 150 Donde: Q = Caudal; ( )hm3 . D = Diámetro; mm. Caso 1: Para presiones superiores a 100 mbar. 82.482.122 60.48 − =− DQSLPBPA E Caso 2: Para presiones inferiores o iguales a 100 mbar. 82.482.122 23200 − =− DQSLPBPA E Donde:
  • 36. -282- PA y PB = Presiones absolutas en el origen y el extremo del tramo del tubo; expresadas en bar en el primer caso y en mbar en el segundo caso. S = Densidad relativa del gas utilizado. LE = Longitud equivalente del tramo; m Q = Caudal; ( )hm3 D = Diámetro interior; mm Tuberías Verticales: Es importante mencionar que en el gas licuado de petróleo, su presión aumenta a medida que se va ganando altura. Este aumento de presión se puede calcular con la siguiente expresión matemática: ( )Sph −= 1293.1 Donde: ph = Aumento de la presión con la altura; mm c.a por cada m. S = Densidad relativa del gas licuado. 7.4.6 DETERMINACIÓN DE LA VELOCIDAD. La velocidad del gas dentro de una tubería no debe superar los 20 sm para evitar ruidos en las instalaciones de gas. Para calcular la velocidad máxima del gas dentro de la tubería se aplicará la siguiente fórmula: 2 354 PD Q V = Donde:
  • 37. -283- V = Velocidad del gas; ( )sm Q = Caudal; ( )hm3 P = Presión absoluta al final de la tubería; bar D = Diámetro interior; mm 7.4.7 PÉRDIDA DE CARGA ADMITIDA. La pérdida de carga en una instalación de gas es la máxima disminución de la presión que se produce cuando se suministra gas a los aparatos instalados y por condiciones de diseño la caída máxima de presión permitida en un tramo de tubería debe ser menor al 5 % de la presión inicial, si esto resulta así, debemos considerar que los diámetros propuestos están bien calculados. La pérdida de carga admitida en una instalación varia en función de la presión de garantía de que se disponga a la salida de los recipientes de gas, ya que en la llave de conexión de los aparatos siempre debe disponerse de una presión mínima requerida para el correcto funcionamiento de los aparatos a gas. Los artefactos de gas de uso doméstico se diseñan para que operen óptimamente a 11 pulg. c.a en la válvula de control de los mismos. Para el dimensionamiento de las tuberías de gas se permite como máximo una caída de presión del 5 % de la presión inicial y además se debe asegurar una presión de 11 pulg. c.a en el artefacto a gas más desfavorable ya sea por consumo mayor o por la distancia. 7.4.8 DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD DEL RECIPIENTE DE GAS: Para determinar la capacidad de los recipientes de gas licuado, que se instalarán en las edificaciones se tiene que tener en cuenta la capacidad estándar de los cilindros de gas que distribuyen las empresas que se dedican a suministrar el gas licuado, la razón de
  • 38. -284- vaporización y el tipo de usuario. A continuación presentamos el procedimiento utilizado para determinar la capacidad de los recipientes de gas licuado: Cilindro de gas licuado: El cálculo de la cantidad de cilindros de una instalación de gas se hace en función de la razón de vaporización, se determina la potencia total y se aplica la siguiente fórmula: V T R P N = Donde: N = Cantidad de cilindro. RV = Razón de vaporización; en hBtu PT = Potencia total; en hBtu Para calcular el tiempo estimado para el reemplazo de los cilindro de gas se aplica la siguiente expresión: T E P NMPCS P .. = Donde: N = Cantidad de cilindro. PT = Potencia total; en díakcal PE = Período estimado para el reemplazo de los cilindros de gas, en días.
  • 39. -285- PCS = Poder calorífico superior del gas suministrado; en kgkcal M = Contenido del cilindro, en kg Se ha establecido que el tiempo de duración de los cilindros de gas será de aproximadamente 20 días como mínimo para su reemplazo. En la Tabla 7.13 se indica la razón de vaporización para los cilindros de gas de 100 lb, según la temperatura del líquido y la superficie mojada del recipiente. Cuando la temperatura es más baja o si el recipiente tiene menos líquido, la razón de vaporización del recipiente tendrá un valor menor. Por consiguiente, la razón de vaporización se selecciona asumiendo que el porcentaje de llenado del recipiente de gas es de 40 % de su capacidad total y en base a la temperatura más baja de la zona donde serán ubicados. TABLA 7.13 Razón de vaporización para cilindros de propano de 100 lbs (45 kg). Lbs. de Propano en el Cilindro Máxima descarga continua en BTU/hora a varias temperaturas en °F. 0 ºF 20 ºF 40 ºF 60 ºF 70 ºF 100 113,000 167,000 214,000 277,000 300,000 90 104,000 152,000 200,000 247,000 277,000 80 94,000 137,000 180,000 214,000 236,000 70 83,000 122,000 160,000 199,000 214,000 60 75,000 109,000 140,000 176,000 192,000 50 64,000 94,000 125,000 154,000 167,000 40 55,000 79,000 105,000 131,000 141,000 30 45,000 66,000 85,000 107,000 118,000 20 36,000 51,000 68,000 83,000 92,000 10 28,000 38,000 49,000 60,000 66,000 Fuente: www.ecii.com Tanque estacionario:
  • 40. -286- Para calcular la razón de vaporización y el período de consumo se debe tener presente las dimensiones y capacidades de los tanques estacionario (vertical y horizontal) que se distribuyen en Panamá, las cuales se han indicado en la Tabla 7.8. La razón de vaporización se calcula asumiendo que el porcentaje de llenado es de 40 % de su capacidad total, como se indica en la Figura 7.16 y la Tabla 7.14. Figura 7.16 Formula guía para determinar la razón de vaporización. Fuente: www.ecii.com Donde: D = Diámetro exterior en pulg. L = Largo total en pulg. K = Constante para el porcentaje de volumen de líquido en el recipiente. TABLA 7.14 Razón de vaporización para los tanques estacionarios. Porcentaje del recipiente lleno K Razón de vaporización a 0°F ( )HoraBtu 60 100 100.D.L 50 90 90. D.L 40 80 80.D.L 30 70 70.D.L 20 60 60.D.L 10 45 45.D.L Fuente: www.ecii.com
  • 41. -287- Estas fórmulas permiten que la temperatura del líquido sea refrigerada a –20 °F (bajo cero), lo que producirá un diferencia de temperatura de 20 °F para la transferencia del calor del aire a la superficie "mojada" del recipiente y de allí al líquido. No se considera el área de espacio de vapor del recipiente de gas; su efecto es insignificante. La razón de vaporización para otras temperaturas del aire exterior distintas de 0°F se multiplican los resultados obtenidos con la fórmula anterior por uno de los factores de la Tabla 7.15 que corresponda a la temperatura prevaleciente del aire. TABLA 7.15 Factor para la razón de vaporización para otras temperaturas. Temperatura del aire exterior (°F) Factor Temperatura del aire exterior (°F) factor -15 0.25 5 1.25 -10 0.50 10 1.50 -5 0.75 15 1.75 0 1.00 20 2.00 Fuente: www.ecii.com Para calcular la cantidad del tanque estacionario a utilizar en una instalación, se empleará la siguiente expresión: V T R P N = Donde: N = Cantidad de tanques estacionarios a utilizar PT = Potencia total, en hBtu RV = Razón de vaporización, en hBtu En la mayoría de las instalaciones de gas de uso doméstico se instala un sólo tanque estacionario, sólo en las instalaciones industriales, donde el consumo es alto se da
  • 42. -288- la necesidad de instalar varios tanques estacionarios. Para calcular la capacidad real del tanque estacionario se realizará en función del número de estos, como lo indica la siguiente expresión: 25.1 NM M R = Donde: MR = Capacidad real N = Cantidad de tanque estacionario a utilizar M = Capacidad de los tanque estacionarios distribuidos en Panamá; ver Tabla 7.8. 1.25 = Factor de corrección por el llenado de los tanques estacionarios un 80 % de su capacidad total. La capacidad del tanque estacionario debe asegurar un período de consumo de por lo menos 8 días para que la compañía que suministra el gas licuado vuelva a llenarlo. Para calcular este tiempo se utiliza la siguiente expresión: T T E P PCSM P . = Donde: PE = Período estimado para el llenado de los tanque estacionario; en días. MT = Capacidad total, en kg PCS = Poder calorífico superior; en kgkcal PT = Potencia total; en díakcal
  • 43. -289- 7.4.9 PASOS PARA EL DIMENSIONAMIENTO DE LAS TUBERÍAS DE GAS: Para realizar el cálculo se seguirán los siguientes pasos: 1. Conocer las características del gas que se suministra, en Panamá se utiliza el gas licuado (propano y butano). A si como el rango de ajuste de la presión de salida de los diferentes recipientes de gas licuado. 2. Realizar el trazo de la instalación según las características de la edificación, determinando la longitud de cada tramo y seleccionar la línea principal. 3. Elegir el material con el que se construirá la instalación. En Panamá se utiliza acero galvanizado escala 40. 4. Determinar los caudales nominales de cada aparato. 5. Determinar el caudal máximo de simultaneidad de cada apartamento. 6. Determinar el caudal máximo de simultaneidad de la línea principal que abastece toda la edificación. 7. Determinar la longitud equivalente de cada tramo de la instalación de gas. 8. Se elige un diámetro comercial para proceder a calcular la caída de presión, esta deber ser menor o igual al 5% de la presión inicial y asegurar una presión en el artefacto a gas más desfavorable de aproximadamente 11 pulg c.a (columna de agua), con la caída de presión se procede a calcular la velocidad. Esto se realiza para todos los tramos de tubería de la instalación de gas.
  • 44. -290- 9. Se debe tener en cuenta que la velocidad del gas que circula dentro de una tubería no debe de exceder los 20 sm , para considerar que el diámetro seleccionado es el correcto. 10. Se procede a diseñar cuadros de los diferentes tramos de la instalación de gas, en las que se incluirán los siguientes puntos: a. Diámetro comercial del tramo. b. Longitud real del tramo. c. Caída de presión para cada tramo, menor o igual al 5% de la presión inicial. d. Caudal máximo del tramo. e. Presión inicial y final del tramo. f. Velocidad del gas en el tramo. 7.5 UBICACIÓN DE LOS RECIPIENTES DE GAS. Los recipientes de gas se deben ubicar en zonas abiertas, lugares de poco tránsito por personas y en zonas de fácil acceso para el llenado o el cambio del recipiente. También se debe tener en cuenta los deseos del propietario de la edificación en lo concerniente a la ubicación de los recipientes de gas y principalmente a las normas y reglamentos que establecen las condiciones mínimas para la ubicación apropiada de los recipientes de gas. Cuando se instalan más de dos recipientes de gas, la separación entre un tanque estacionario y otro portátiles debe ser como mínima 5 m, a menos que exista un muro
  • 45. -291- divisorio entre ellos. Mientras que la separación entre dos tanque estacionarios con capacidad de agua menores de 2000 galones debe ser 1.5 m como mínimo; como lo indican la Figura 7.17. Figura 7.17 Separación mínima entre los recipientes de gas Fuente: Luis Lesur. Manual de instalaciones de gas. México D.F. México, Editorial Trillas, S.A. de C.V., 1998. 68 p. 7.5.1 CILINDRO DOT: Los cilindro DOT pueden ser portátiles o estacionarios, los portátiles se deben instalar sobre una base firme y nivelada, la cual debe estar entre 5 y 10 cm sobre el nivel del piso y recostado a la pared de la edificación para evitar que se caigan los cilindros. Para la instalación de los cilindros DOT estacionarios y portátiles se deberán cumplir las siguiente distancias mínimas de seguridad establecidas por la norma NFPA-58 (Almacenamiento y manejo de gas licuado de petróleo) de 1992, como se indica en la Figura 7.18. Figura 53
  • 46. -292- Notas: 1. Un mínimo de 5 pies entre la apertura de la válvula de alivio y las fuentes de ignición externas (aire acondicionado), apertura de ventilación directa o sistema de ventilación mecánico (ventiladores). 2. Si el cilindro DOT es llenado en el sitio por un camión de reparto, la conexión de llenado y la válvula de venteo deben estar por lo menos a 10 pies de cualquier fuente exterior de ignición, de ventilación directa o sistema de ventilación mecánica. 7.5.2 TANQUE ESTACIONARIO (RECIPIENTE ASME): Para la instalación de los tanques estacionarios se deberán cumplir las siguientes distancias mínimas de seguridad establecidas por la norma NFPA-58 (Almacenamiento y manejo de gas licuado de petróleo) de 1992, como se indicadas en la Figura 7.19.
  • 47. -293- Figura 7.19 Ubicación correcta de los tanques estacionarios Fuente: www.ecii.com Notas: 1. Independientemente de su tamaño, cualquier tanque ASME llenado en sitio debe estar ubicado de tal forma que la conexión de llenado y el indicador de nivel de líquido fijo estén por lo menos a 10 pies de una fuente de ignición externa (por ejemplo, una llama expuesta, unidad de aire acondicionado de ventana, compresor, etc.), de la entrada a un aparato de gas de ventilación directa o de la entrada a un sistema de ventilación mecánico. 2. Puede ser reducido a un mínimo de 10 pies para un sólo recipiente con una capacidad de agua de 1200 galones, o menos, si está ubicado a por lo menos 25 pies de cualquier otro recipiente de Gas-LP de una capacidad de agua de más de 125 galones. 3. Distancias mínimas desde los recipientes subterráneos serán medidas desde la válvula de alivio y desde la conexión de llenado o de nivel en el recipiente,
  • 48. -294- siempre y cuando ninguna parte del recipiente subterráneo esté a menos de 10 pies de un edificio o de una línea de propiedad vecina en la cual se pueda llegar a construir. 4. En lugares donde el recipiente puede sufrir una acción abrasiva o daño físico debido a tráfico de vehículos u otras causas, debe estar a una distancia de por lo menos 2 pies bajo el nivel del suelo y protegido de alguna forma de tal daño físico. 7.6 NORMAS Y REGLAMENTACIONES. La Dirección General del Cuerpo de Bombero de la cuidad de Panamá y la Oficina de Seguridad ha establecido las normas mínimas para el manejo e instalación de los sistemas de gas comprimido, bajo el nombre de CAPÍTULO IX (Gases comprimidos). A continuación se presentan los artículos más importantes para el diseño de los sistemas de suministro de gas licuado de petróleo: ARTÍCULO 16-9: El sistema de tuberías se probará por medio de una bomba y a una presión de aire equivalente a una atmósfera (15 psi) la cual debe ser mantenida por un tiempo mínimo de 30 min. ARTÍCULO 28-9: En los edificios existentes las tuberías de una instalación deberán ir preferentemente colocadas en la parte exterior del edificio. Cuando por una razón u otra sea imposible hacerlo en esta forma se permitirá colocarla en la parte interior del edificio
  • 49. -295- siempre y cuando vaya a lo largo de los corredores, pasillos y zanguanes del edificio, por ninguna circunstancia pasarán dentro de las habitaciones. Las instalaciones exteriores permitidas deberán ser bien aseguradas con grapas metálicas. Cuya distancia se determinará de acuerdo a las condiciones existentes. ARTÍCULO 32-9: Toda instalación de gas deberá ser construida con material autorizado para estos usos (acero galvanizado cal. 40). El uso de cobre queda restringido a la interconexión del artefacto solamente. ARTÍCULO 33-9: Las instalaciones residenciales de 60 y 100 lbs deberán tener su cometida (salida para cilindros) a 1.40 m de alto, medida desde el nivel de piso acabado y 0.90 m de altura del nivel de piso acabado a la salida del artefacto. ARTÍCULO 34-9: La ubicación de los tanques deberá ser en un lugar despejado y alejado de puertas y ventanas de la residencia 1 m mínimo y a no menos de 0.60 m de la toma corrientes u otro artefacto que genere calor o chispa. ARTÍCULO 37-9: Los cilindros de gas deberán instalarse sobre un pavimento de concreto, el cual contará con ranuras para evitar la acumulación de agua bajo el tanque y evitar la corrosión de los mismos. ARTÍCULO 38-9:
  • 50. -296- Los tanques industriales de gas deberán estar protegidos con un sistema contra incendio, autorizado por la Oficina de Seguridad. ARTÍCULO 40-9: Los tanques de gas estacionarios, estarán ubicados en el lugar que indique la Oficina de Seguridad y contara con la ventilación adecuada, y normas de seguridad establecidas. ARTICULO 42-9: Todo edificio que conste de más de 5 apartamentos deberá utilizar sistema de gas comunal (cilindro estacionario) el cual deberá ser individual para cada apartamento desde la planta baja acoplada a un manifold y de allí al cilindro. Las opciones para la conducción del sistema de distribución son: a. Línea individual interna (a través de pared y piso). b. Una sola línea que se reparte por piso, siempre y cuando ésta se encuentre dentro de un foso independiente con puerta en las uniones y cuyo diámetro permita la utilización de llaves para la reparación del sistema en caso de escape. c. Una línea, ya sea por fuera o dentro del edificio la cual debe ser visible en toda su extensión vertical y con llaves de paso en lugares accesibles para control de cada apartamento. ARTÍCULO 107-9: Se permitirá las instalaciones de tanque estacionario en áreas urbanas, siempre que dicha instalación se haga dentro de las siguientes reglas.
  • 51. -297- Los tanques de 151 galones (capacidad de agua) a una distancia no menor de 2 m del edificio más próximo y de la línea de propiedad. Los tanques de 501 a 2000 galones (capacidad de agua) a una distancia no menor de 6 m del edificio más próximo y de la línea de propiedad y los edificios deben estar construido con material retardantes al fuego, al igual que los edificios contiguos. ARTÍCULO 111-9: Todo tanque con capacidad mayor a los 2,000 galones deberá estar provisto de un sistema de roseadores y alarmas de actuación automática o manual y en ese caso las válvulas de paso deberán estar colocadas en una distancia y ubicadas en tal forma que permita su rápida y fácil operación sin correr riesgo alguno. Todo plano de plomería deberá tener además el rayado de la tubería de gas, la cual será de acero galvanizado escala 40.. Tanto las salidas como las entradas estarán distantes, como mínimo, a 0.60 m de cualquier tipo de toma corriente u otra clase de equipo eléctrico.