DISEÑO GAS NATURAL

INSTALACIONES DE GAS
NORMA TECNICA DE
EDIFICACION
EM 040 INSTALACIONES DE GAS
OBJETO
La presente norma establece los mínimos
requerimientos técnicos que se deben
incluir en el diseño y construcción de una
edificación en la que se instale redes
internas de gas natural y/o redes de
media y baja presión de gas licuado de
petróleo.
OBJETO
Establece los requisitos mínimos que debe
cumplir el sistema de tuberías para el
suministro
de
gas
natural
seco
en
las
instalaciones residenciales y comerciales en
referencia
a
la
especificación
de
los
materiales, el diseño, el dimensionamiento y
la construcción, entre otros, para una
operación confiable.
DEFINICIONES
Acometida: Instalaciones que permiten el suministro de gas natural seco desde las redes de
distribución hasta las instalaciones internas. La acometida puede tener entre otros
componentes: los equipos de regulación, el medidor, la caja o celda de protección, accesorios,
filtros y las válvulas de protección.
Artefactos a gas (gasodoméstico): Es aquel que convierte el gas natural seco en energía e
incluye a todos sus componentes; puede ser una cocina, una terma, un calefactor, entre otros.
Instalación interna: Sistema consistente de tuberías, conexiones, válvulas y otros componentes
que se inicia generalmente después del medidor o la acometida y con el cual se lleva el gas
natural seco hasta los diferentes artefactos a gas del usuario final.
Medidor: Instrumento utilizado para cuantificar el volumen de gas natural seco que fluirá a través
de un sistema de tuberías.
Línea montante: Sistema de tuberías con recorridos generalmente horizontales y/o verticales, por
áreas comunes externas e internas de la edificación, que permite la conducción de gas natural con
presión máxima regulada hasta 340 mbar. Debe terminar en un regulador o sistema de regulaciónmedición.
Presión de distribución: Presión a la cual se distribuye el gas natural seco en una red de
distribución, de acuerdo a la reglamentación nacional técnica vigente.
Presión de uso del artefacto a gas: Presión del gas natural seco medida en la conexión de
entrada al artefacto a gas cuando este se encuentra en funcionamiento. En general, los artefactos
para uso residencial tienen una presión de uso entre los 18 mbar y 23 mbar
Regulador de presión: Aparato que reduce la presión del fluido que recibe y la mantiene
constante independientemente de los caudales que permite pasar y de la variación de la presión
aguas arriba del mismo, dentro de los rangos admisibles. La regulación puede efectuarse en una o
varias etapas.
Válvula de corte del artefacto: Es una válvula que se intercala en una tubería de la instalación
interna antes del artefacto a gas para abrir o cerrar el suministro de gas natural seco, esta válvula
deber encontrarse dentro del ambiente del artefacto.
MATERIAL DEL SISTEMA DE TUBERÍAS
En las instalaciones internas residenciales y comerciales se podrán utilizar los siguientes materiales:
cobre, acero, PE-AL-PE (Polietileno-Aluminio-Polietileno).
COMPONENTES PRINCIPALES
DEL SISTEMA
Esquema referencial de una instalación interna – casa
unifamiliar ubicación referencial de la válvula de servicio y
de las válvulas de corte.
Esquema del sistema de tubería de conexión, acometida y red interna. Fuente: Por INDECOPI
(2014). En NTP 111.011 – GAS NATURAL SECO: Sistema de tuberías para instalaciones
internas residenciales y comerciales (p. 62). Lima, Perú.
INSTALACION RESIDENCIAL TIPICA
16
www.usat.edu.pe
Esquema referencial de una instalación interna –
edificio de viviendas ubicación referencial de la válvula de
servicio y de las válvulas de corte.
NORMA TECNICA DE
EDIFICACION
EM 040 INSTALACIONES DE GAS
OBJETO
La
presente
norma
establece
los
mínimos requerimientos técnicos que se
deben incluir en el diseño y construcción
de una edificación en la que se instale
redes internas de gas natural y/o redes
de media y baja presión de gas licuado
de petróleo.
Tubería de conexión
Componentes de la Tubería de Conexión TC. Fuente: Por CALIDDA. En Sistema de Distribución de Gas Natural.
Acometida
Vista interna de los componentes la acometida.
Fuente: Por CALIDDA. En Sistema de Distribución
de Gas Natural.
-
Válvula de servicio: Accesorio que se
instala antes del regulador y sirve para
cortar o abrir el flujo de manera general, la
válvula de servicio debe ir instalada dentro
de una caja de protección y al final de la
tubería de conexión.
-
Regulador: Instrumento que reduce la
presión de gas natural que viene de la red
de distribución y lo mantiene constante sin
importar el caudal que pasa a través de él.
El regulador puede ser instalado en varias
etapas.
-
Medidor: Instrumento que mide el
consumo de Gas Natural, en términos de
volumen.
-
Caja de protección: Espacio con las
dimensiones y ventilaciones suficientes
para alojar en su interior a los accesorios,
aparatos y equipos que componen la
acometida. Pueden cumplir la función de
caja de protección un gabinete, un
armario, una caseta, un nicho o un local.
CONEXIÓN DOMICILIARIA
Trazado del recorrido de tubería interna para Gas Natural.
Fuente: Por QUAVII. En Manual de Instalaciones Internas para el Suministro de Gas Natural.
DISEÑO Y DIMENSIONAMIENTO DEL SISTEMA DE TUBERÍAS
El diseño de instalaciones para suministro de gas natural seco debe considerar entre otros los
siguientes aspectos básicos:
1. Máxima cantidad de gas natural seco requerido por los artefactos.
2. Mínima presión de gas natural seco requerido por los artefactos a gas.
3. Las previsiones técnicas para atender demandas futuras.
4. El factor de simultaneidad asociado al cálculo del consumo máximo probable.
5. Gravedad específica y poder calorífico del gas natural seco. Para dimensionamiento de
tuberías el poder calorífico superior es 9500 Kcal/m3 medido a condiciones estándar.
6. La caída de presión en la instalación interna y el medidor.
7. Longitud de la tubería y cantidad de accesorios.
8. Velocidad permisible del gas.
9. Influencia de la altura (superior a los 10 metros).
10. Material de las tuberías y los accesorios.
Las presiones máximas en las líneas internas de suministro de gas natural para uso residencial
se indican en la Tabla.
La velocidad de circulación del gas natural seco en la línea individual interior o en la
línea montante será menor o igual a 40 m/s, para evitar vibraciones, ruidos o erosión del
sistema de tuberías.
Los cálculos para el diseño y dimensionamiento de la instalación interna residencial deberá
garantizar las condiciones de presión y caudal requerido por el artefacto a gas natural. La
presión de uso para artefactos a gas natural para uso residencial deberá tener una presión
mínima de 18 mbar y máxima de 23 mbar.
FORMULAS APLICABLES PARA EL DISEÑO DEL SISTEMA DE TUBERIAS
Fórmula de Pole
Facto de Fricción
Fórmula de Renouard
Para consumidores con consumos menores o iguales a 300 m3/mes el proyecto de
ingeniería podrá ser tomado de la configuración de Instalaciones Internas típicas que el
Concesionario deberá definir con el objeto de agilizar la habilitación de los proyectos.
SIMBOLOGIA PARA LAS INSTALCIONES RESIDENCIALES Y COMERCIALES
VENTILACION
VENTILACION
VENTILACION
VENTILACION
La distancia mínima horizontal entre la acometida
eléctrica y la tubería de gas natural que ingresa a
la caja de protección será de 50 cm
La distancia mínima horizontal entre la tubería
de gas natural que sale de la caja de protección
y acometida eléctrica así como aquellas
instalaciones eléctricas que puedan producir
chispas
tales
como
interruptores,
tomacorrientes, entre otros será de 15 cm .
INSTALACION RESIDENCIAL TIPICA
ESQUEMAS REFERENCIALES DE INSTALACIONES INTERNAS
Esquema referencial del sistema de tubería de conexión, acometida y una instalación interna – casa unifamiliar.
Esquema referencial de instalaciones
internas. Ubicación de la válvula
general de corte, tanto en
instalaciones unifamiliares y edificios
Esquema referencial del sistema
de tubería de conexión, acometida
y una instalación interna – casa
unifamiliar. Con acceso a la válvula
de servicio.
Esquema referencial de una
instalación interna en única
etapa edificio
de viviendas. Ubicación
referencial de la válvula de
servicio y de las válvulas de
corte
Esquema referencial de una
instalación interna en única etapa–
edificio
de viviendas. Ubicación referencial
de la válvula de servicio y de las
válvulas de corte.
Esquema referencial de
instalaciones internas en
varias etapas edificio
de viviendas. Ubicación
referencial de la válvula de
servicio y de las válvulas de
corte
de cierre general del usuario
con acceso al interior de la
vivienda
Determinación del caudal nominal de un aparato a gas
Ejercicio:
Vamos a calcular el consumo o caudal de gas de una cocina a gas cuya
potencia consumida del aparato es PA=7,69 kW (6 613,40 kcal/h) y se
encuentra alimentado por un gas manufacturado con un poder calorífico
superior PCS = 9500 Kcal/m3.
Equivalencia en unidades de potencia
Solución:
PA
Q = –––––– = ( 6 613.4/9500) = 0.70 m3/h
PCS
CONSUMOS PROMEDIOS DE APARaTOS DE GAS EN
DEPARTAMENOS DE EDIFICIOS
Gas natural con un PCS
de 11 kWh/m3
9.500 kcal/m3
CALCULOS DE
TUBERIAS DE
GAS NATURAL
Uso domestico
Uso no domestico
Solución:
(En un edificio multifamilar)
Factor de Simultaneidad
Solución:
Pot. Vivienda = 27 kW
< 30kww =>
Se le asignará lo mínimo = 30 Kw.
S= 0,24 (Tabla de simultaneidad son 12 viviendas)
Reemplazando:
Potencias de consumos de orientación
Si no se conoce la potencia del equipo, de modo orientativo:
Perdida de presión medidores de gas
Calculo de consumo de cada uno de los aparatos:
Caldera de calefacción:
Potencia útil nominal = 25.000 kcal/h (29 kW)
Suponiendo un rendimiento del 75 %
Calentador acumulador:
De la tabla de potencia consumida por los aparatos de uso domestico:
200
Potencia Consumida = ––––— × 1,9 = 7,6 kW
50
7,6
Q calentador acumulador = ––––— = 1,55 m3(n)/h
4,9
Cocina: De la tabla de potencia consumida por los aparatos de uso domestico obtenemos lo
siguiente: Potencia consumida = 11,6 kW (10.000 kcal/h)
11,6
Q cocina = –––––– = 2,37
4,9
m3(n)/h
Ahora procedemos a calcular el caudal máximo probable de cada uno de los tramos:
Tramo AB
Por el tramo AB circula el gas que alimenta a los tres aparatos, siendo la caldera de calefacción y
la cocina los de mayor consumo, por tanto:
Tramo BD
El tramo BD alimenta al calentador acumulador y la cocina.
El caudal de simultaneidad en este tramo, será:
Qsi (BD) = Q acumulador + Q cocina = 1,55 + 2,37 = 3,92 m3(n)/h
Tramo DE
El tramo DE sólo alimenta al calentador acumulador, por tanto:
Qsi (DE) = Q acumulador = 1,55 m3(n)/h
Tramo DF
De la misma forma el tramo DF sólo alimenta a la cocina.
Qsi (DF) = Q cocina = 2,37 m3(n)/h
Tramo BC
El tramo BC solo alimenta a la caldera de calefacción.
Qsi (BC) = Q caldera = 7,88 m3(n)/h
LONGITUD EQUIVALENTE
Sabemos que al circular el gas por una canalización se produce una disminución de su presión,
llamada perdida de carga, que es debida al roce del gas con las paredes de la tubería y también
con los accidentes de la misma (codos, llaves, derivaciones, etc.). Para compensar la pérdida
de carga se toma como longitud de la canalización la longitud real incrementada en un 20 %, la
cual se llama longitud equivalente, de esta forma:
LE=1,2×LR
donde:
LE : Longitud equivalente.
LR : Longitud real.
MÉTODO DE CÁLCULO DE LA PÉRDIDA DE CARGA
Para calcular la pérdida de carga en un tramo de instalación se utiliza la fórmula de
Renouard lineal para presión en el tramo hasta 50 mbar
Fórmula de Renouard
Condiciones de validez de la fórmula de Renouard
Se ha de tener en cuenta además que ambas fórmulas son válidas siempre que se cumpla lo siguiente:
• La relación entre el caudal y el diámetro sea inferior a 150 (Q/D < 150)
•
La velocidad del gas dentro de la conducción no supere los 20 m/s (v ≤ 20 m/s)
Cálculo de la velocidad del gas en el interior del tubo
Para calcular la velocidad máxima del gas dentro de un tramo de la conducción se aplicará la
siguiente fórmula:
Q
V = 354 × ––––––
P×D2
Ejemplo de cálculo de instalaciones en el interior de la vivienda
En el esquema de la figura, calcular los diámetros de las conducciones, suponiendo que la instalación será
alimentada por gas natural, el material será tubo de cobre, y se da suministro a una cocina, un calentador
instantáneo de 13 litros/min, y se debe proporcionar calefacción a una habitación que necesita (2.000 kcal/h).
Características del gas
natural:
PCS: 4,9 kWh/ m3 (4.200
kcal/m3)
Densidad de cálculo:
ds = 0,6
2000 kcal/h
Pérdida de carga admitida:
ΔP = 0.5 mbar
11,6 kw
Pérdida de carga admitida
La pérdida de carga admitida en la instalación en una instalación interior de un a vivienda con gas
ciudad se fija, normalmente, en 5 mm cda (0,5 mbar).
Consumo de cada aparato
A partir de la tabla de potencia consumida por los aparatos de uso domestico, suponiendo que las
potencias de los mismos están referidas al PCS, podemos calcular el consumo de los aparatos
instalados.
3
Q radiador = ––––– = 0,61 m3/h
4,9
Consumo de cada aparato
A partir de la tabla de potencia consumida por los aparatos de uso domestico, suponiendo que las
potencias de los mismos están referidas al PCS, podemos calcular el consumo de los aparatos
instalados.
Potencia de diseño
La potencia de diseño de una instalación individual de uso doméstico es la suma de potencia de los
dos aparatos de más consumo más la mitad del resto, suponiendo que las potencias están referidas al
PCS.
Piv = 30,2 + 11,6 + 3/2 = 43,3 kW
Cálculo de los caudales máximos probables y de la longitud equivalente de cada tramo
Los caudales máximos probables de cada tramo los hallaremos como suma de los caudales de los
dos aparatos de más consumo más la mitad del resto:
Cuadro resumen de la instalación
Tramo mas largo : AB + BF = 6 + 6 = 12 m.
Cálculo de la pérdida de carga más desfavorable por unidad de longitud
En esta instalación el tramo más desfavorable es el AF (AB + BF), el cual tiene una longitud
equivalente de 12 m, y la pérdida de carga admitida es de 5 mm cda (0,5 mbar), por tanto la
pérdida de carga por unidad de longitud en el tramo más desfavorable es:
TABLAS DE CAIDA DE PRESION
EN TUBERIAS
Caudal
(m³/h)
Cálculo de los diámetros
Para el cálculo de los diámetros utilizaremos la Tabla I. Tomaremos la pérdida de carga por metro
por defecto y el caudal por exceso. De esta forma, de la tabla seleccionamos la ΔP/LE = 0,400
mm cda/m (por defecto del valor calculado 0,416 mm cda/m):
Tramo AB:
Qsi (AB) = 8,83 m3(n)/h
Tomamos Q = 13,77 m3(n)/h (por exceso del necesario 8,83 m3(n)/h). Por lo tanto el tubo de cobre a
instalar será de diámetro 40/42.
Tramo BC:
Qsi (BC) = 8,53 m3(n)/h
Tomamos Q = 8,74 m3(n)/h (por exceso del necesario 8,53 m3(n)/h). Por lo tanto el tubo de cobre a
instalar será de diámetro 33/35.
Tramo BF:
Qsi (BF) = 0,61 m3(n)/h
Tomamos Q = 0,80 m3(n)/h (por exceso del necesario 0,61 m3(n)/h). Por lo tanto el tubo de cobre a instalar
será de diámetro 13/15.
Tramo CD:
Qsi (CD) = 6,16 m3(n)/h
Tomamos Q = 8,74 m3(n)/h (por exceso del necesario 6,16 m3(n)/h). Por lo tanto el tubo de cobre a
instalar será de diámetro 33/35.
Tramo CE:
Qsi (CE) = 2,37 m3(n)/h
Tomamos Q = 4,54 m3(n)/h (por exceso del necesario 2,37 m3(n)/h). Por lo tanto el tubo de
cobre a instalar será de diámetro 26/28.
Cuadro resumen de los diámetros de la tubería a instalar
Tramo
AB
BC
BF
CD
CE
Cobre Ø (mm)
40/42
33/35
13/15
33/35
26/28
Ejercicio nº 01
Calculo a presión final del siguiente tramo de tubería:
Alimentación
(Regulador)
Pa= 19 mbar
Gas Natural
PCS 12,2 kwh/m³
d= 0,6 (densidad)
VIVIENDA
Potencia 30 kW
26 m
Tubería Cobre: Φ = 18 x 1 Espesor
Solución:
Calculo de caudal requerido:
𝑃
Q = (𝑃𝐶𝑆)
Reemplazando:
Q= (30 / 12,2) = 2,46 m³/h
Longitud equivalente:
Le= 1,2 * L
Reemplazando:
Le= 1,2* 26 = 31,2 m.
Caída de presión=0.002 mbar
Caída de Presión:
Ejercicio nº 02 Seleccionar el diámetro de la tubería de cobre para la siguiente instalación de gas:
Alimentación
(Regulador)
Pa= 18,30 mbar
Gas Natural
PCS 11,9 kwh/m³
d= 0,58 (densidad)
6m
Tubería Cobre: Φ = …?
COCINA
Potencia 11 Kw
Presión Mínima reglamentaria:
18 mbar
Solución:
Caída de Presión:
Calculo de caudal requerido:
Q=
𝑃
𝑃𝐶𝑆
∗ 1,1
Reemplazando:
Q= (11,0 / 11,9) * 1,1= 1,02 m³/h
Longitud equivalente:
Le= 1,2 * L
Reemplazando:
Le= 1,2* 6 = 7,2 m.
Ejercicio nº 03
Alimentación
(Regulador)
Pa= 18,50 mbar
Gas Natural
PCS 11,9 kwh/m³
d= 0,59 (densidad)
Seleccionar los diámetros de la tuberías de cobre, de la siguiente instalación de gas:
6m
8m
4m
3m
HORNO
Potencia 3 Kw
Pmín:18 mbar
3m
CALENTADOR
Potencia 2 Kw
Pmín:18 mbar
COCINA
Potencia 10 Kw
Pmín:18 mbar
CONCLUSIONES
El estudiante reconoce y puede realizar cálculos de sistema de
distribución de tuberías de gas