CURSO DE DISEÑO INDUSTRIAL GAS GLP by Cesar Augusto

Colegio de Ingenieros del Perú-CIP Capítulo de Ingeniería Mecánica-CIME Curso de Capacitación Profesional

DISEÑO DE LAS INSTALACIONES INDUSTRIALES DE GAS LICUADO DE PETROLEO Ing. Arturo Ledesma Setiembre 2005

PROGRAMA         

Aplicaciones industriales del GLP Legislación y Normas Técnicas Propiedades del GLP Análisis y control de calidad Sistemas de almacenamiento y vaporización Distribución interna de GLP: tuberías y reguladores Selección de vaporizadores Pérdida de carga en tuberías Cálculo de diámetros

Objetivo del Programa El curso tiene como objetivo brindar a los participantes los conocimientos necesarios para conocer al Gas Licuado de Petr贸leo, sus propiedades y los criterios establecidos para llevar a cabo el dise帽o de las instalaciones industriales de almacenamiento y distribuci贸n de GLP bajo condiciones seguras y respetando la normatividad existente.

Descripción del Programa En la actual coyuntura mundial de precios de los hidrocarburos, el Gas Licuado de Petróleo-GLP es una alternativa energética que está cobrando relevancia en la reestructuración de la matriz energética nacional por sus características de relativo bajo costo, combustión limpia y de fácil transporte con respecto a otros combustibles. En el curso se desarrollan los conceptos que permitirán disponer de los recursos necesarios en un medio cada vez más exigente donde se busca una mayor eficiencia energética en términos de costos operativos e impacto ambiental. Estos conocimientos permitirán al participante optimizar los costos en el diseño estableciendo procedimientos adecuados para el cálculo de las instalaciones industriales de GLP.

Mercado de GLP

Mercado Regional del GLP COLOMBIA ----------------------------Producción = 720 mil MT Demanda = 670 mil MT Balance = + 50 mil MT Población = 45.2 MMhab. Consumo per/cápita = 14.8 kg/hab ECUADOR ----------------------------Producción = 230 mil MT Demanda = 800 mil MT Balance = - 570 mil MT Población = 13.3 MMhab. Consumo per/cápita = 60.2 kg/hab.

PERU ----------------------------Producción = 766 mil MT Demanda = 661 mil MT Balance = + 105 mil MT Población = 27.7 MMhab. Consumo per/cápita = 23.9 kg/hab

CHILE ----------------------------Producción = 480 mil MT Demanda = 950 mil MT Balance = - 470 mil MT Población = 16.2 MMhab. Consumo per/cápita = 58.6 kg/hab

VENEZUELA ----------------------------Producción = 4500 mil MT Demanda = 2600 mil MT Balance = + 1900 mil MT Población = 25.5 MMhab. Consumo per/cápita = 102.0 kg/hab

BRASIL ----------------------------Producción = 5000mil MT Demanda = 6300 mil MT Balance = - 1300 mil MT Población = 179.2 MMhab. Consumo per/cápita = 35.2 kg/hab BOLIVIA ----------------------------Producción = 400 mil MT Demanda = 350 mil MT Balance = + 50 mil MT Población = 9.1 MMhab. Consumo per/cápita = 38.5 kg/hab PARAGUAY ----------------------------Producción = 0 mil MT Demanda = 105 mil MT Balance = - 105 Población = 5.7 Mhab. Consumo per/cápita = 18.4 kg/hab

ARGENTINA ----------------------------Producción = 3100 mil MT Demanda = 1600 mil MT Balance = + 1500 mil MT Población = 38.6 MMhab. Consumo per/cápita = 41.5 kg/hab

URUGUAY ----------------------------Producción = 90 mil MT Demanda = 118 mil MT Balance = - 28 mil MT Población = 3.1 Mhab. Consumo per/cápita = 38.1 kg/hab

Producción Nacional 2005

EEPSA 11,000 tm. Petroperú Talara 155,000 tm. Petro-Tech 12,000 tm. (por ingresar) (Producción de 3 meses) Aguaytía 40,000 tm.

Importacion Zeta Gas 10,000 tm. Repsol La Pampilla 85,000 tm. Petroperú Callao 105,000 tm. (de Talara) Exportaciones 119,000 tm.

Camisea Pisco 331,000 tm. Bolivia 4,000 tm.

Mercado Nacional GLP 2002-2009 Producción Unidades = tm. Petroperú Talara Relapasa Eepsa Aguaytía Petro-Tech Pluspetrol (Camisea)

2,002

2,003

2,004

2,005

2,006

2,007

2,008

2,009

156,364 56,615 9,332 45,461

153,507 67,196 10,015 42,809

163,370 69,186 11,243 40,724 118,162

155,000 85,000 11,000 40,000 12,000 450,000

155,000 107,000 11,000 40,000 50,000 450,000

155,000 107,000 11,000 40,000 50,000 550,000

155,000 105,000 11,000 40,000 50,000 550,000

155,000 105,000 11,000 40,000 50,000 600,000

Total

267,772

273,527

402,685

753,000

813,000

913,000

911,000

961,000

Demanda Nacional (Incremento anual)

521,998

566,695 9%

595,268 5%

661,000 11%

727,000 10%

797,000 10%

862,000 8%

933,000 8%

Importaciones Exportaciones

254,226 0

293,168 0

234,183 41,600

14,000 106,000

4,000 90,000

4,000 120,000

4,000 53,000

4,000 32,000

Aplicaciones de GLP

Uso Residencial Distribuci贸n Horizontal

Uso Residencial Distribuci贸n Vertical

Uso Comercial Distribuci贸n Horizontal

Uso Residencial

Uso Comercial

Uso Automotriz

Industria Textil

Generaci贸n El茅ctrica

MetalurgĂa

Industria Lactea

Secado de Madera

Secado de Pimiento

Hoteles

Industria AvĂcola

Legislaci贸n Vigente

Legislación Vigente 

Normativa Local: Las normas legales del sector son emitidas por la Dirección General de Hidrocarburos (DGH) del Ministerio de Energía y Minas. Las normas utilizadas son el Decreto Supremo No.2794/EM: Seguridad para Instalaciones y Transporte de GLP y el Decreto Supremo No.01-94/EM: Comercialización de GLP. 

Las Normas Técnicas Peruanas (NTP) son propuestas por el INDECOPI. Para la caracterización del GLP (propiedades, análisis de calidad, etc.) se utilizan las familias de normas 321, entre ellas tenemos: 

NTP321.007

Requisitos del GLP

NTP321.101

Método de Corrosión en Lámina de Cobre

NTP321.095

Determinación de Densidad por



Termohidrómetro de Presión

Legislación Vigente 

Normativa Externa: Para la fabricación de tanques es obligatorio el uso del Código ASME Sección VIII (División 1 o División 2). En caso de ser tanques importados se debe exigir el estampe ASME (estampe U) así como el Certificado emitido por un inspector acreditado. En caso de ser un tanque de fabricación nacional se debe certificar por un organismo acreditado ante Indecopi.



Para el resto de los componentes de una instalación: aspectos de seguridad, redes de tuberías, reguladores, válvulas, etc. se debe seguir el Código NFPA No.58: Instalaciones de GLP en lo que la legislación nacional no establezca.



Propiedades del GLP

Qué es el GLP? 



El GLP o Gas Licuado de Petróleo es una mezcla de hidrocarburos que a condiciones normales de presión y temperatura (O°C y 1 atmósfera) se encuentran en estado gaseoso, pero que, a temperaturas ambientales y moderadamente alta presión, son licuados y se pueden almacenar en recipientes cerrados. Esta condición de licuación favorece también su transporte y manipuleo, ya que su volumen se reduce 250 veces. El Gas Licuado de Petróleo está compuesto, mayoritariamente, por la mezcla de propano y butano. El GLP se obtiene del proceso de destilación en plantas separadoras de gas natural o del fraccionamiento del crudo en refinerías de petróleo.

Propiedades del GLP   

Es un producto incoloro e inodoro. Se licua a bajas presiones (80-100psig). Posee una gran capacidad de expansión, 1 litro de líquido se convierte en 262 litros de gas.  En fase vapor es más pesado que el aire. En estado líquido es más liviano que el agua.  Tiene gran poder disolvente, sobre todo en:  Caucho natural  Grasas  Aceites y pinturas  No es tóxico

Hidrocarburos Saturados Los hidrocarburos saturados están típicamente presentes en el GLP de Gas Natural o de pozo. Se caracterizan por presentar en su estructura molecular sólo enlaces simples. H

Metano (C1H4)

Etano (C2H6 )

Propano (C3H8 ) H

H H

N – Butano (C4H10) (Cadena Lineal ó Normal)

H H

Iso– Butano (C4H10) (Cadena Ramificada)

Hidrocarburos No Saturados (Olefinas) Los hidrocarburos no saturados u olefinas están típicamente presentes en el GLP de refinería además de los saturados. Se caracterizan por presentar en su estructura molecular al menos un enlace doble o triple. Estos enlaces liberan menos calor en el proceso de combustión que los enlaces simples. Además en determinadas condiciones pueden generar aceites o gomas en el proceso de evaporación.

H Propileno (C3H6)

C H

H C H

H Butadieno (C4H6 )

GLP a partir del Gas Natural Metano (C1) Etano (C2)

Gas Natural

LGN

GLP

Propano C3) Butano C4)

Pentano (C5) y Fracciones Pesadas Agua, Di贸xido de Carbono, Nitr贸geno y otros gases fijos contaminantes

Estado fĂsico de hidrocarburos Metano

CH4

Etano

C2H6

Propano

C3H8

Butano

C4H10

Pentano

C5H12

Hexano

C6H14

Heptano

C7H16

Octano

C8H18

Nonano

C9H20

Decano

C10H22

Nonadecano

C19H40

GASES

LIQUIDOS

SOLIDO

Propiedades del GLP

Vapor pressure in psi (absolute pressure) at 70°F 100°F 105°F 130°F Specific gravity of liquid at 60°F Initial boiling point at 14.7 psia, °F Weight per gallon of liquid at 60°F, lb Specific heat of liquid, Btu/lb at 60°F Cubic feet of vapor per gallon at 60°F Cubic feet of vapor per pound at 60°F Specific gravity of vapor (air = 1) at 60°F Ignition temperature in air, °F Maximum flame temperature in air, °F Limits of flammability in air, percent of vapor in air-gas mixture: Lower Upper Latent heat of vaporization at boiling point Btu per pound Btu per gallon Total heating values after vaporization Btu per cubic foot Btu per pound Btu per gallon

Propano Comercial

Butano Comercial

145 218 233 315 0.504 -44 4.20 0.630 36.38 8.66 1.50 920-1,120 3.595

32 52 56 84 0.582 15 4.81 0.549 31.26 6.51 2.01 900-1,000 3.615

2.15 9.60

1.55 8.60

184 773

167 808

2.488 21.548

3.280 21.221

91.502

102.032

Odorización del GLP 



De acuerdo a la normatividad vigente, el GLP se debe odorizar antes de ser entregado a una planta envasadora o a un consumidor final. Para odorizar el GLP se debe utilizar un agente de advertencia que sea detectable mediante un olor distintivo para una concentración no mayor del 20% del Límite Inferior de Explosividad (LEL). Excepciones: Sólo está exceptuado el uso de odorizantes en el GLP cuando su presencia resulta peligrosa para el procesamiento posterior del GLP.

Anรกlisis y Control de Calidad

Normas GPA-ASTM para el GLP Los estรกndares internacionales utilizados para el anรกlisis de calidad de GLP estรกn dados por la Gas Processors Association (GPA) y por ASTM y son las siguientes: ASTM D-1265-92 Sampling Liquefied Petoleum Gases ASTM D-1267-95 Vapor Pressure of Liquefied Petroleum Gases ASTM D-1657-89 Density or Relative Density of Light Hydrocarbons by Pressure Hydrometer ASTM D-1837-94 Volatility of Liquefied Petroleum Gases ASTM D-1838-91 Copper Strip Corrosion by Liquefied Petroleum Gases ASTM D-2158-92 Residues in Liquefied Petroleum Gases ASTM D-2163-91 Analysis of Liquefied Petroleum Gases by Gas Chromatography ASTM D-2713-91 Dryness of propane (Valve Freeze Method) ASTM D-2784-92 Sulfur in Liquefied Petroleum Gases (Oxyhydrogen Burner or lamp) GPA 2174-93 Obtaining Liquid Hydrocarbon Samples Using a Floating Piston Cylinder Estos estรกndares han sido homologados en nuestro medio por INDECOPI.

Normas Técnicas Peruanas - NTP Las Normas Técnicas Peruanas (NTP) establecidas por el Comité Técnico respectivo respecto a la calidad del Gas Licuado de Petróleo (GLP) son: NTP 321.007-2002 GLP: Requisitos. NTP 321.036-2002 GLP: Determinación de la Volatilidad. NTP 321.089-1999 GLP: Muestreo. Método Manual. NTP 321.094-1998 GLP: Determinación de la sequedad del propano. Método de congelación de válvula. NTP 321.095-1998 GLP: Determinación de densidad o densidad relativa de hidrocarburos livianos por termohidrómetro de presión. NTP 321.096-1998 GLP: Determinación de residuos. NTP 321.097-1998 GLP: Determinación del Sulfuro de Hidrógeno. Método del acetato de plomo. NTP 321.098-1999 GLP: Cálculo de ciertas propiedades físicas de gases licuados de petróleo a partir del análisis composicional. NTP 321.099-1999 GLP: Determinación del azufre. Método del quemador tipo oxi-hidrógeno o tipo lámpara. NTP 321.100-1999 GLP: Determinación de la presión de vapor manométrica. Método GLP. NTP 321.101-1999 GLP: Método de Corrosión en la lámina de cobre.

Equipos de Control de Calidad de GLP

CORROSIÓN

CROMATOGRAFO TERMOHIDROMETRO

BAÑO PARA PVR

PRESION DE VAPOR

VOLATILIDAD

BAÑO PARA CORROSION

Cromat贸grafo de Gases

CROMATOGRAFO DE GASES M茅todo Est谩ndar ASTM D-2163 Este equipo sirve para determinar la composici贸n de los componentes del GLP.

Termohidrómetro de Presión

TERMOHIDROMETRO DE PRESION Determinación de la Densidad Relativa Método Estándar ASTM D-1657 Este equipo permite determinar la Densidad Relativa del GLP midiendo la temperatura para determinar los factores de corrección correspondientes.

Equipos de control de calidad

CORROSIÓN DE LA LAMINA DE COBRE Método Estándar ASTM D-1838 Este equipo permite determinar la corrosividad del cobre por los componentes del GLP. Utiliza un patrón de comparación con escala del 1 al 4.

Presión de Vapor

PRESION DE VAPOR DEL GLP Método Estándar ASTM D-1267 Este equipo permite determinar la presión manométrica del GLP a 37.8 °C (100°F), conocida también como Presión de Vapor Reid (PVR)

Volatilidad del GLP

VOLATILIDAD DEL GLP Método Estándar ASTM D-1837 El presente equipo permite determinar cualitativamente la cantidad de componentes de alto punto de ebullición presentes en la muestra de GLP.

Reporte de Calidad de GLP El análisis del GLP se hace en laboratorios utilizando diversos equipos según las propiedades a determinar. Las pruebas están estandarizadas por ASTM y se encuentran agrupadas en el GPA Standard 2140-96. Estas pruebas han sido homologadas además por INDECOPI. Los datos más importantes a observar en este documento son la composición del GLP, su corrosividad (a la lámina de cobre, debe ser 1a o 1b), presión de vapor (PVR) y su densidad, absoluta o relativa (gravedad específica).

Especificación del GLP según GPA CARACTERISCIAS

1.-

Composición

2.-

Presión de Vapor a 100 ºF, Psig, máx a 37.8 ºC, kPa, máx Volatilidad Temperatura máx. del evaporado al 95 % en ºF en ºC

3.-

4.-

5.6.7.8.-

Contenido máx Butanos o componentes mas pesados (% Vol) Contenido máx Pentano o componentes mas pesados (% Vol) Residuo y Mancha de Aceite Residuo máx. en una muestra 100 ml Mancha de Aceite Corrosión Prueba de la Lamina de Cobre Azufre, ppm w partes por millon por masa mg/kg Humedad Agua separada

PROPANO COMERCIAL

BUTANO COMERCIAL

MEZCLA PROPANO BUTANO Primordialmente Primordialmente Primordialmente Propano, Propileno, Propano y/o Butano, Buteno Butano, Buteno y/o Propilenos y/o Butilenos Butilenos

PROPANO HD - 5 No menor que 90 % de Propano y no mayor que 5 % de propileno

METODO DE PRUEBA ASTM D 2163 ASTM D 1267

208 1.434

70 483

208 1.434

-37 -38,3

36 2,2

-37 -38,3

ASTM D 1837

2,50%

--------

2,50%

ASTM D 2163

--------

2,00%

--------

ASTM D 2163

0.05 ml Negativo

---------------

0.05 ml Negativo

ASTM D 2158 ASTM D 2158

Máx Nº 1

ASTM D 1838

185 Negativo -------

140 -------Exento

185 Negativo -------

ASTM D 2784 ASTM D 2713 -------

Composici贸n del GLP seg煤n origen Gas Licuado de Petr贸leo Componentes

Refiner铆a

Gas Natural

% Mol

Etano

0.00

1.48

Propano

8.88

48.00

Propileno

5.05

0.00

n - Butano

32.94

20.97

i - Butano

22.72

28.60

1 - Butilenos

16.58

0.00

Trans - 2 Buteno

7.80

0.00

Cis - 2 - Buteno

5.85

0.00

Iso - Pentano

0.18

0.82

n - Pentano

0.00

0.13

Hexano

0.00

100.00

Total

Sistemas de Almacenamiento y Vaporizaci贸n

Tanques de GLP Son recipientes destinados a contener GLP en estado líquido bajo presión. Están fabricados de acero y se diseñan y construyen de acuerdo a lo establecido en el Código ASME Sección VIII (División 1 o 2), están formados por dos fondos o tapas, que pueden ser de forma semi-elíptica o semi-esférica. En el interior del tanque coexisten la fase líquida y la fase gaseosa, estando el caudal máximo que puede aportar en función a su capacidad para vaporizar el combustible en su interior. Un tanque lleva una serie de orificios para el alojamiento de las válvulas y componentes necesarios para su utilización. Dispone asimismo de distintos elementos de soporte y sujeción sobre su superficie que facilitan tanto su cimentación como su traslado, descarga y colocación en su emplazamiento. En función de que su futura ubicación sea aérea o soterrada, sus características internas serán distintas.

Tanques aéreos Los tanques aéreos son depósitos situados al aire libre, cuya generatriz inferior se encuentra por encima del nivel del terreno. Estos depósitos se protegen con base anticorrosiva y pintura epóxica blanca reflectante. Debe llevar signos de seguridad como “Gas Combustible No Fumar”, y los rombos de seguridad que establece la reglamentación vigente.

Dimensiones de tanques aĂŠreos

Datos de Placa de Tanques de GLP

Rombos de Seguridad en Tanques de GLP

Rombos de Seguridad en Tanques de GLP Salud

Reactividad

0 1 2 3 4

Material Normal Ligeramente Peligroso Peligroso Extremamente Peligroso Fatal

Estable Inestable si es calentado Cambio químico violento Detona al golpe y calor Puede Detonar

Fuego

Peligro Específico

0 1 2 3 4

OX COR ALK R W ACD

Puede no incendiarse Sobre 100°C Sobre 37°C pero bajo 100°C Debajo de 37°C Debajo de 22°C Fuego

Salud

Reactividad

Específico

Rombo de Seguridad NFPA 704

Oxidante Corrosivo Alcali Radioactivo No use agua Acido

Rombos de Seguridad en Tanques de GLP

________ GAS

UN 1075

INFLAMABLE

2 Número de las Naciones Unidas Rombo de Seguridad Art.105° D.S. 27-94/EM

Tanques soterrados Los tanques soterrados o enterrados pueden estar completamente por debajo del nivel de suelo o por encima (semisoterrados) en cuyo caso estarán monticulados (sistemas “mounded”) por una cubierta de material noble. El elemento con el cual se rellenan las fosas para estos tanques es arena lavada de río para reducir el efecto de la corrosión, en cualquier caso se deberá diseñar el sistema de protección catódica adecuado. La ubicación de los accesorios difiere por tanto de la de los tanques aéreos.

Tanques Soterrados de GLP

Dimensiones de tanques soterrados

Dimensiones típicas de tanques Los tanques para almacenamiento de GLP para uso en consumidores finales se dimensionan en galones de capacidad de agua (capacidad física total del tanque). Las dimensiones típicas de los tanques que se encuentran disponibles en el mercado son las que se muestran en el cuadro siguiente (estas dimensiones son sólo referenciales, pueden variar según el fabricante o las exigencias del usuario): Capacidad Nominal

Longitud total (L)

Diametro Exterior (D)

galones

120

250

500

1000

5000

10000

0.45

0.95

1.89

3.79

18.93

37.85

1672

2120

2580

5030

6640

11360

pulg

65.83

83.46

101.57

198.03

261.42

447.24

610

800

1020

2140

2260

pulg

24.02

31.50

40.16

84.25

88.98

Partes de un tanque  Cuerpo y casquete: Esta formado por un cilindro de acero con una costura de soldadura longitudinal, cerrado en los extremos por dos casquetes soldados.  Soportes y bases: Son 04 piezas de metal soldadas en la parte inferior del tanque, cuya finalidad es mantener el tanque fijo en el lugar y a su vez separado del piso evitando el contacto con la humedad. Para mayor seguridad y protección los soportes del tanque se apoyan en bases de concreto obteniendo a su vez mayor firmeza y estabilidad.  Capuchón de protección: Es una pieza que sirve para proteger los accesorios del tanque de golpes, intemperie e intromisión, tiene forma de casquete y esta sujeto al tanque por un eje horizontal o bisagra que permite tener acceso a la multiválvula.

Accesorios y marcas del tanque

Accesorios de Tanques de GLP 1. Multiválvula, formada por las siguientes partes :  Válvula de llenado, es por donde se llena el tanque. Tiene incorporada a su vez dos válvulas de retención que no permiten el ingreso de líquido.  Válvula de Servicio, sirve para entregar el gas al consumo del usuario. 2. Válvula de retorno de Vapor, iguala las presiones entre el tanque estacionario y el camión granelero, para facilitar el llenado del tanque.

Accesorios de Tanques de GLP 2. Indicador de nivel fijo, Consiste en un tubo de profundidad fijo con una válvula de purga, que al despedir gas líquido lo vaporiza y condensa la humedad del aire en forma de neblina, constituyendo esta un aviso visual de que el tanque ha alcanzado su porcentaje máximo de llenado. 3. Manómetro, indica la presión interna de vapor del gas del tanque. 4. Indicador de Nivel Magnético o Flotante.Instrumento que consiste en un imán conectado a un flotante, el cual al rotar acciona una aguja magnética en un dial externo, y sirve para conocer el contenido del gas líquido en un tanque en términos porcentuales. 5. Válvula de seguridad .- Se ubica en el extremo superior del tanque y en contacto directo con la zona de vapor. Se encuentra ubicada en ese lugar para que en caso de liberación del gas por sobrepresión, el escape no sea obstaculizado por ningún elemento.

Accesorios de Tanques de GLP

Ubicación de tanques según ASME 

El tanque ASME 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 cualquier 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.



Puede ser reducido a un mínimo de 10 pies para un solo 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.

Ubicación de tanques según ASME 

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, siempre y cuando ninguna parte del recipiente subterráneo este a menos de 10 pies de un edificio o de una línea de propiedad vecina en la cual se pueda llegar a construir.



En lugares donde el recipiente puede sufrir una acción abrasiva o daño físico debido a tráfico de vehículos u otras causas, debe estar a cualquiera de a) a no menos de 2 pies bajo nivel; b) protegido de alguna forma de tal daño físico.

Ubicaci贸n de tanques seg煤n ASME

Calle o Avenida

Ubicaci贸n de Tanques A茅reos de GLP 1000 gal 25 ft Min. dist. 25 ft

Min. dist. 25 ft 1000 gal

Convenciones L铆nderos

Min. dist. 25 ft

Calle o Avenida 25 ft

25 ft 1000 gal

1000 gal 25 ft

Callej贸n 25 ft

Acera

25 ft

1000 gal

25 ft

Distancias de Seguridad (DS.27-94/EM) para tanques aéreos Capacidad de Agua del tanque de Almacenaje Gas Licuado Hasta

Al límite de propiedad contiguos. (m)

Entre tanques y/o Edificios más cercanos (m)

500 gl. (1,892.1)

1.0

Hasta 1,000 gl. (3,784.1)

1.0

Hasta 2,000 gl. (7.6 m3)

1.0

Hasta 10,000 gl. (38.0 m3)

1.5

Hasta 20,000 gl. (76.0 m3)

1.5

Hasta 30,000 gl. (113 m3)

1.5

Hasta 70,000 gl. (265 m3)

Hasta 90,000 gl. (265 m3)

Hasta 120,000 gl. (454 m3)

1/4 de la suma de los diámetros de los tanques adyacentes.

Camiones-tanques de GLP Al igual que los tanques fijos, los camiones-tanque están diseñados y construidos de acuerdo con el Código ASME Sección VIII. Son recipientes destinados a transportar GLP. Cuentan con rompeolas en su interior y están equipados con los accesorios necesarios para descargar el producto en los tanques estacionarios de los usuarios como son: bomba de trasiego, contómetro, mangueras, etc.

Accesorios de Camiones-Tanque de GLP

Abutanamiento de tanques Se debe tener especial atención para evitar el “abutanamiento” durante la operación del tanque. La figura siguiente muestra la variación aproximada que experimenta la composición del GLP (mezcla propano/butano) tanto en fase líquida como en fase gaseosa en un cilindro de 35 Kg. según se va consumiendo el gas (las cifras representan la proporción propano/butano):

Instalaciones típicas de 45 kgs Cuando el consumo no es muy elevado, se puede considerar la utilización de cilindros de 45 kgs como una buena alternativa para el suministro de GLP. Estos se instalan en dos baterías de 1, 2 o más cilindros por lado con un sistema de regulación de presión central.

Vaporizadores Los vaporizadores son dispositivos que se emplean cuando resulta insuficiente la capacidad de vaporización natural del tanque de GLP o cuando hay una alta exigencia en mantener muy estable la mezcla propano/butano. Son por lo tanto utilizados para evaporar el GLP líquido y suministrar al sistema GLP en estado de vapor. Según la forma de suministro de calor al GLP líquido, los vaporizadores pueden ser de tres tipos: (a) de fuego directo, (b) en baño de agua (o glicol) o (c) eléctricos.

Tipos de Vaporizadores a. Fuego Directo

b. Baño de Agua

c. Eléctrico

Esquema de Instalaci贸n de Vaporizador

Vaporizadores de GLP

Vaporizador de Fuego Directo

Vaporizador en Ba単o de Agua

Vaporizador ElĂŠctrico

Estación de Vaporización/Decantación La instalación de vaporizadores debe considerar siempre la instalación de una unidad de decantación a la salida, en particular con vaporizadores de fuego directo, para evitar que la presencia de condensados o precipitados del GLP pueda aparecer aguas abajo en la red de tuberías y afectar a los equipos.

Tanque Decantador

Decantadores de GLP

Distribuci贸n Interna de GLP: Tuber铆as y Reguladores

Redes de GLP 



La distribución del GLP en una instalación se realiza a través de un conjunto de tuberías que enlazan los centros de almacenamiento de GLP con los puntos de consumo. El diámetro de las tuberías va a ser uniforme o variable de acuerdo con las longitudes de aquéllas y del caudal de gas a transportar.Los materiales que se emplean son: Polietileno (PE): Se trata de una materia plástica obtenida mediante la polimerización del etileno en condiciones especiales de presión y temperatura, con la presencia de catalizadores. Cobre: Es un metal inalterable en presencia de aire seco, pero que con la humedad se recubre de una capa de carbonato básico que lo protege de posteriores ataques, siendo la tubería a emplear del tipo L sin soldadura. Acero: El tipo de acero que se usa para estas tuberías es acero estirado. Las canalizaciones enterradas se protegen contra la corrosión externa mediante un revestimiento continuo a base de brea, materias plásticas u otros materiales.

Reguladores de Presión Los reguladores de presión son dispositivos destinados a reducir la presión de alimentación y mantener la presión de salida constante, en un valor nominal predeterminado, dentro de ciertos límites especificados.

Reguladores de Presión En la Figura podemos apreciar que la presión de entrada solamente opera en el buje de entrada, y a partir de allí es reducida, llenando en su totalidad la cámara inferior. La cámara superior al diafragma opera sólo con presión atmosférica, y al moverse la membrana necesita que entre y salga aire por el orificio de venteo. Presión de Entrada Presión Regulada Presión Atmosférica

Clasificación de los Reguladores de Presión Los Reguladores, de acuerdo con la posición que ocupan en la instalación, se pueden clasificar en tres tipos, de acuerdo a lo siguiente:  Reguladores de Primera Etapa.  Reguladores de Segunda Etapa.  Reguladores de Etapa única o también llamados de Doble Etapa.

Reguladores de Primera Etapa Son aquellos que están instalados directamente a la presión del tanque, además de entregar una cierta cantidad de energía, reducen la presión de salida del tanque (alta presión) a un valor constante que se encuentra entre 5 y 35 psi (media presión) dependiendo del tipo de instalación. Se caracterizan por ser de color rojo mayormente.

Reguladores de Segunda Etapa Son aquellos que reducen la presión de la red de GLP de Media Presión a Baja Presión. El rango de entrega de presión a la salida de estos reguladores está entre 9” y 13” H2O (pulgadas de columna de agua). Por lo general son de color verde.

Reguladores de Etapa Unica o Doble Etapa Regulador del tipo compacto, diseñado para reducir directamente la presión del tanque o envase hasta una presión de 11” H2O. Por lo general son de color plomo, pudiendo variar dependiendo de la marca.

Medidores de GLP vapor Se llama medidor al instrumento colocado en el empalme, destinado al registro del consumo de gas en m3, o de otras magnitudes que configuren el suministro.

Instalación de medidores Recomendaciones para la Instalación de medidores: Los medidores de gas deberán instalarse en gabinetes que cumplan con los requisitos siguientes: Deberán ser para uso exclusivo de los medidores, asegurando el acceso directo a ellos. Deberán construirse con material no quebradizo, no combustible y con una resistencia a la acción del fuego, incluyendo la puerta y su marco.

Instalaci贸n de medidores Se recomienda No instalar medidores de gas en el primer piso a menos de un metro de las proyecciones verticales de estacionamientos techados de veh铆culos.(G.LP.) NO se pueden instalar medidores de gas en cajas de escaleras que correspondan a zonas verticales de seguridad de edificios.

Instalaci贸n de medidores

Medidores y equipos de consumo La instalación de consumo interior comienza en el conjunto medidor-regulador de presión a la entrada de la vivienda o local, la red llega a cada equipo con una válvula de corte y un regulador final de baja presión dimensionado según el equipo.

Dimensionamiento de Tanques 1o. Dimensionamiento por capacidad de Vaporización Los tanques se dimensionan en función a su capacidad de vaporización. Para que el líquido vaporice, es decir, pase a estado gaseoso, es necesario un aporte de calor que el fluido (GLP líquido) toma del ambiente, a través de las paredes del tanque (superficie mojada), transmitiéndose este calor por conducción a través de la chapa del tanque. Así, la vaporización natural será directamente proporcional a los siguientes factores:  Superficie mojada por el líquido (se considera nula la transferencia de calor del exterior a la fase gaseosa del tanque).  Temperatura exterior o del ambiente.  Temperatura interior del GLP (fase líquida).  Calor latente de vaporización del GLP.  Coeficiente de transmisión de calor de la chapa.

Dimensionamiento de Tanques Conociendo las características del producto, el acero con el cual se fabrica el tanque y las condiciones ambientales se puede determinar la cantidad de GLP que se puede evaporar, sin embargo existe un método aproximado y muy sencillo para estimar esta cantidad en función a la geometría del tanque y está dado por la expresión: Q = D x L x K (Q está en BTU/hora). D=DIÁMETRO EXTERIOR EN PULGADAS L=LARGO TOTAL EN PULGADAS K = CONSTANTE PARA PORCENTAJE DE VOLUMEN DE LÍQUIDO EN EL RECIPIENTE

Las tablas resultantes del empleo de esta expresión (tanto para tanques aéreos como soterrados), se muestran a continuación:

Dimensionamiento de Tanques Los tanques se dimensionan en función a su capacidad de vaporización natural, para lo cual se debe calcular la carga total a ser atendida por dicho tanque o conjunto de tanques. La carga total es la suma de las demandas de todos los equipos (considerando de ser necesario el factor de simultaneidad) de acuerdo a la potencia de placa de cada uno y teniendo en cuenta futuros equipos a ser instalados, considerar un factor de seguridad de 1.10 a 1.20. Para tanques aéreos, se utiliza la siguiente tabla (se considera nivel mínimo o de reposición del tanque entre 20% y 30%):

Dimensionamiento de Tanques TANQUES INSTALADOS SOBRE SUPERFICIE O AEREOS CAPACIDAD DE VAPORIZACION NATURAL PARA USO INTERMITENTE % VOL.

Factor

LIQUIDO

60%

100

632,352

1,051,522

1,631,595

3,180,978

8,809,970

15,917,664

50%

569,116

946,370

1,468,436

2,862,881

7,928,973

14,325,897

40%

505,881

841,218

1,305,276

2,544,783

7,047,976

12,734,131

30%

442,646

736,065

1,142,117

2,226,685

6,166,979

11,142,365

20%

379,411

630,913

978,957

1,908,587

5,285,982

9,550,598

10%

284,558

473,185

734,218

1,431,440

3,964,486

7,162,949

CAPACIDAD NOMINAL DE TANQUE CILINDRICO HORIZONTAL (BTU/HR)

120

250

500

1,000

5,500

10,000

Dimensionamiento de Tanques Cuando los tanques deben ser enterrados (por razones de distancias, como alternativa de protección contraincendio por limitaciones de disponibilidad de agua o simplemente por razones estéticas) se considera que la capacidad de vaporización natural se reduce en un 40%, en estos casos se utiliza la tabla siguiente (se considera nivel mínimo o de reposición del tanque entre 20% y 30%,a criterio de proyectista):

Dimensionamiento de Tanques TANQUES INSTALADOS BAJO SUPERFICIE O SOTERRADOS CAPACIDAD DE VAPORIZACION NATURAL USO INTERMITENTE % VOL.

Factor

LIQUIDO

60%

CAPACIDAD NOMINAL DE TANQUE CILINDRICO HORIZONTAL (BTU/HR)

120

250

500

1,000

5,500

10,000

100

347,793

578,337

897,377

1,749,538

4,845,483

8,754,715

50%

313,014

520,503

807,640

1,574,584

4,360,935

7,879,244

40%

278,235

462,670

717,902

1,399,630

3,876,387

7,003,772

30%

243,455

404,836

628,164

1,224,677

3,391,838

6,128,301

20%

208,676

347,002

538,426

1,049,723

2,907,290

5,252,829

10%

156,507

260,252

403,820

787,292

2,180,467

3,939,622

Factor de simultaneidad El factor de simultaneidad se aplica en el cálculo de instalaciones múltiples alimentadas por un único centro de almacenamiento. Esto es bastante común en el caso de canalizados para viviendas o centros comerciales. En el caso de instalaciones industriales, suele tomarse como factor de simultaneidad el valor de S=1.0 dada la criticidad de los procesos. Este valor debe ser determinado finalmente a criterio del proyectista para cada caso.

Número de viviendas

Factores de simultaneidad

(n)

n=1

1.00

n=2

0.50

0.70

n=3

0.40

0.60

n=4

0.40

0.55

n=5

0.40

0.50

n=6

0.30

0.50

n=7

0.30

0.50

n=8

0.30

0.45

n=9

0.25

0.45

n≥10

0.25

0.45

n>15

0.20

0.40

n>25

0.20

0.40

n>40

0.15

0.40

n>50

0.15

0.35

Se aplicará el factor de simultaneidad "S1" si no hay calderas de calefacción a gas y "S2" si las hay.

Dimensionamiento de Tanques 2o. Verificación por autonomía Una vez determinado, por capacidad de vaporización, el tamaño óptimo de tanque, se debe verificar que dicho tanque cumpla con una autonomía de 10 a 15 días como mínimo. La autonomía de un tanque está en función al consumo y a la capacidad útil o efectiva del tanque. Esta capacidad efectiva o útil es el volumen de gas disponible del tanque, es la diferencia entre el máximo llenado y el stock mínimo de seguridad. Se puede emplear la siguiente expresión: d = Vt x Cu x PC / Ed Donde: d: Autonomía del tanque en días Vt: Volumen total del tanque en galones Cu: Capacidad útil del tanque (para un nivel de llenado máximo de 85% y un nivel mínimo de reposición de 20%, Cu = 85-20 = 65%) PC: Poder calorífico del GLP (para mix 70/30,PC=94,450 BTU/gal) Ed: Energía consumida por la instalación en promedio dia,en BTU/día

Dimensionamiento de Tanques 2o. Verificación por autonomía (cont.) Alternativamente, si se conoce la densidad de la mezcla y el consumo de energía de la instalación en kgs. se puede usar la siguiente expresión: d = Vt x Cu x dg / Gt Donde: d: Autonomía del tanque en días Vt: Volumen total del tanque en galones Cu: Capacidad útil del tanque (para un nivel de llenado máximo de 85% y un nivel mínimo de reposición de 20%, Cu = 85-20 = 65%) dg: Densidad de la fase líquida del gas, en kg/gal (para un GLP mix 70/30, dg = 2.01 kg/gal @ 15°C) Gt: Gasto o Energía consumida en promedio diario, en kgs/día

Dimensionamiento de Tanques 3o. Verificación de Distancias (D.S.27-94/EM) Finalmente, se debe verificar que el tanque o los tanques que componen el Centro de Almacenamiento cumplan con las distancias mínimas de seguridad a los límites de propiedad así como la separación entre ellos que exige la reglamentación vigente. Para el caso de tanques aéreos, se debe considerar las distancias establecidas en el D.S. 27-94/EM (ver tabla). Para el caso de tanques soterrados o semi-soterrados se debe cumplir con las distancias establecidas por la NFPA 58.

Dimensionamiento de Tanques Ejemplo de Cálculo: Determinar el tamaño óptimo del tanque aéreo para la instalación que se muestra, considere que en un futuro se instalarán adicionalmente en el mismo local otra estufa y dos hornos más. Considere además un factor de seguridad de 10% adicional para el consumo. Calcular también el tamaño óptimo en caso de tanque soterrado.

Dimensionamiento de Tanques Solución: 1ro. Dimensionamiento por capacidad de vaporización: Determinaremos primero la energía total (Et) que demanda la instalación, tanto en las condicionas actuales como proyectadas: Actual: Et = (40,000 + 75,000 + 120,000) x 1.10 = 258,500 BTU/hr Futura: Et = (40,000 + 2x75,000 + 3x120,000)x1.10 = 605,000BTU/hr De las tablas observamos que, para un nivel mínimo en el tanque de 20%, un tanque aéreo de 120 gal cubre nuestra necesidad actual pero se requiere un tanque de 250 gal para satisfacer las necesidades futuras. Para tanques soterrados, necesitaríamos un tanque de 500 gal para nuestro requerimiento actual pero uno de 1000 gal para las necesidades futuras. Obsérvese que en este caso una alternativa es trabajar con un tanque soterrado de 500 gal pero a un nivel mínimo no menor de 30%.

Dimensionamiento de Tanques Solución (cont.): 2do. Verificación por autonomía: El tiempo en días de autonomía del tanque (d) está dado por: d = Vt x Cu x PC / Ed Para tanque aéreo, necesidad futura: Vt = 250 gal Cu = 85% - 20% = 65% PC = 94,450 BTU/gal (para una mezcla 70/30) Ed = 605,000 BTU/hr x 5 hr/día = 3’025,000 BTU/día En este caso estamos asumiendo 5 horas de operación diaria para los equipos, este tiempo en realidad debe ser calculado y acumulado por el proyectista para cada equipo en forma independiente de acuerdo con el uso de cada equipo y según información del usuario.

Dimensionamiento de Tanques Solución (cont.): Reemplazando: d = 250 x 65% x 94,450 / 3’025,000 = 5.07 días 5 días puede parecer muy ajustado, por lo tanto, escogeremos un tanque de 1,000 galones que nos da una autonomía de 20 días. En estricto rigor, la autonomía la define el proveedor de GLP en función de sus facilidades logísticas Lo fundamental en este caso es que el proveedor garantice que no se quebrará stocks en el usuario ni descenderá el nivel del tanque por debajo del mínimo de diseño, en este caso 20%, por que podría presentarse problemas de vaporización. 3ro. Verificación de distancias: De acuerdo con la reglamentación vigente (D.S.27-94/EM), debemos considerar que el tanque seleccionado (1,000 galones) debe ser instalado a no menos de 5 metros de los límites de propiedad.

Dimensionamiento con cilindros de 45kgs El dimensionamiento de un centro de almacenamiento utilizando cilindros de 45 kgs se hace considerando que la capacidad de vaporización natural de un cilindro es de 50,000 BTU/hr. El arreglo de cilindros se hace en dos baterías de similares dimensiones y una unidad de regulación central. El número de cilindros por lado se calcula con la siguiente expresión: N = Et / 50,000 Donde: N: Número de cilindros por lado. Et: Carga total del sistema a alimentar (en BTU/hr).

Selecci贸n de Vaporizadores

Selección de Vaporizadores Los vaporizadores se seleccionan de acuerdo con su capacidad de procesar el GLP en estado líquido (Q) medido en galones por hora (gal/hr). Se utiliza la fórmula siguiente:

Et × F d Q= PC donde: Q = Capacidad requerida del vaporizador en galones/hora. Et = Energía total requerida por el sistema en BTU/hr (considere la cantidad total de vapor necesaria y agréguele el gas usado por el mismo vaporizador, los datos se obtienen de las placas de los equipos).

Selección de Vaporizadores Fd = Factor de variación de carga: 1.10 por cambios de carga graduales, 1.20 para carga rápida y fluctuante, y 1.25 para temperaturas por debajo de -20°F PC = Poder Calorífico del GLP en BTU/gal Para el propano usar: PCp = 90,800 BTU/gal Para el Butano usar: PCb = 102,900 BTU/gal Para un mix 70/30 usar: PCm = 94,450 BTU/gal De los catálogos del fabricante se escoge el vaporizador inmediato superior que satisface el valor de Q.

Selección de Vaporizadores Ejemplo de Cálculo: Supongamos que en el ejemplo anterior se decide, por uniformidad de mezcla, tomar el producto de la fase líquida. Seleccione el vaporizador para la instalación. La demanda de energía actual es: Et: = 258,500 BTU/hr La demanda de energía futura será: Et = 605,000 BTU/hr Reemplazando el caso crítico en la expresión Q = (Et x fd) / PC Q = 605,000 x 1.20 / 94,450 = 7.69 galones/hora De los catálogos del fabricante tomaríamos aquel vaporizador que cubra por exceso estas necesidades. Por costos, escogeremos un vaporizador de fuego directo. En el caso de Algas: modelo 40/40H En el caso de Ransome: modelo RH50 (Ambos cubren además la necesidad de gas del quemador del propio vaporizador).

Cรกlculo de Diรกmetros

Cálculo de Diámetro de Tuberías El diámetro de las tuberías a instalar es un factor que va a determinar en gran medida el costo final de una red de distribución por lo que es muy importante realizar adecuadamente su cálculo. Este diámetro depende de:  La naturaleza del gas con su densidad característica.  La caída de presión que se admita que va a ser función del caudal y de la presión de trabajo.  La velocidad resultante de circulación del gas. La presión del gas decae conforme avanza a lo largo de la tubería por efecto del rozamiento con las paredes y los diferentes accesorios así como por la presencia de cambios de sección en la tubería. Este efecto es lo que se conoce como pérdida de carga. En general la manera de calcular estos diámetros consiste en determinar la pérdida de carga que se produce para un determinado diámetro obtenido por tanteo para comprobar si esa pérdida de carga y la velocidad resultantes son aceptables.

Cálculo de Diámetro de Tuberías Para estos cálculos se considerarán las necesidades reales de consumo y se aplicarán de ser necesarios coeficientes de simultaneidad. Para proceder al cálculo de una red de distribución se empieza en primer lugar por calcular el diámetro de la conducción desde el punto de emisión de gas hasta la primera derivación, suponiendo una pérdida de carga igual a la pérdida por metro lineal permitida. Una vez calculado este diámetro, se elige el diámetro comercial inmediatamente superior y se comprueba que se cumple la limitación de velocidad en el interior de la tubería (20m/s o 10 m/s según sean tuberías por exteriores o por interiores respectivamente). Para calcular los siguientes tramos se procederá de la misma forma hasta llegar a tener todos los diámetros de la arteria principal. Una vez hecho esto se calcularía de forma similar toda la red.

Cálculo de Diámetro de Tuberías Diámetro de tubería entre los reguladores de 1ra. y 2da. etapa. 1ro. Mida la longitud requerida de tubería desde la salida del regulador de 1ra. etapa hasta la entrada del regulador de 2da. Etapa. 2do. Determine la máxima demanda del sistema de gas sumando la capacidades de todos los equipos conectados en BTU/hr (ver placa de especificaciones) o refiérase a la tabla de Potencias de Equipos. 3ro. Calcule el diámetro de tubería de acuerdo a las fórmulas de Renouard, para una pérdida de carga menor a 10%. Seleccione el diámetro comercial inmediatamente superior y verifique los límites de velocidad y la pérdida de carga real para el diámetro seleccionado. 4to. Para sistemas de múltiples reguladores de segunda etapa, se debe medir la longitud de tubería para llegar hasta el regulador de segunda etapa más lejano.

Cálculo de Diámetro de Tuberías Diámetro de tubería entre el regulador de 2da. etapa y el Aparato. 1ro. Mida la longitud de tubería necesaria entre la salida del regulador de 2da. etapa y la entrada al aparato más alejado (Nota: Esta es la única medida que se necesita para dimensionar un sistema de dos etapas). 2do. Para cada sección de tubería, calcule la demanda en BTU/HR de acuerdo a la información en la placa de cada aparato o refiriéndose a la tabla de Potencias de Equipos. 3ro. Seleccione cada sección de tubería utilizando la fórmula de Renouard, considerando el caudal Q (en m3/hr) correspondiente para cada tramo, seleccionar el diámetro de tubería inmediatamente superior y verificar para ese nuevo diámetro la pérdida de carga y velocidad admisibles.

Potencias típicas de equipos EQUIPOS

DESCRIPCION

POTENCIAS BTU/hora

Mcal/hora

CONSUMO Kw

m3/hora (*)

COCINA INDUSTRIAL

4 HORNILLAS + HORNO

90,000

22.50

26.16

0.935

COCINA INDUSTRIAL

6 HORNILLAS + HORNO

120,000

30.00

34.88

1.246

COCINA INDUSTRIAL

6 HORNILLAS + HORNO + PLACHA

180,000

45.00

52.33

1.869

COCINA INDUSTRIAL

8 HORNILLAS + 2 HORNOS + PLANCHA

320,000

80.00

93.02

3.323

CALEFON 10 lpm

APORTE 25º C

60,000

15.00

17.44

0.623

CALEFON 13 lpm

APORTE 25º C

78,000

19.50

22.67

0.810

CALEFON 16 lpm

APORTE 25º C

96,000

24.00

27.91

0.997

TERMO GAS 80 lt

ALMACENAMIENTO HASTA 85 º C

32,000

8.00

9.30

0.332

TERMO GAS 130 lt

ALMACENAMIENTO HASTA 85 º C

36,000

9.00

10.47

0.374

TERMO GAS 190 lt

ALMACENAMIENTO HASTA 85 º C

40,000

10.00

11.63

0.415

SECADORA 11 lbs.

SECADORA CENTRIFUGA B.P.

36,000

9.00

10.47

0.374

ESTUFA TIRO BALANCEADO

TROTER MRAL B.P.

18,800

4.70

5.47

0.195

ESTUFA EXTERIORES

PARA USI EN EXTERIORES RADIANTE

48,000

12.00

13.95

0.498

FREIDORA

POR CANASTILLA 30 lt.

60,000

15.00

17.44

0.623

PLANCHA

0.3 X 0.8 m2

40,000

10.00

11.63

0.415

TELEDYNE LCII 400

CALENTAMIENTO CENTRAL DE AGUA

400,000

100.00

116.28

4.153

CALDERO 50 BHP

GENERADOR DE VAPOR

1,686,800

421.70

490.35

17.515

CALDERO 100 BHP

GENERADOR DE VAPOR

3,373,600

843.40

980.70

35.030

CALDERO 200 BHP

GENERADOR DE VAPOR

6,747,200

1,686.80

1,961.40

70.059

CALDERO 300 BHP

GENERADOR DE VAPOR

10,120,800

2,530.20

2,942.09

105.089

(*) Consumo estimado para una mezcla de vapor @ 15°C propano/butano 70/30

Presiones en la red de tuberías CLASIFICACION

PRESIÓN DE SERVICIO (P)

Baja Presión (BP)

P < 0,05 barg P < 0.725 psig P < 20 “C.A. P < 500 mmC.A.

Media Presión A (MPA)

0,05 barg < P ≤ 0,4 barg 0.725 psig < P ≤ 5.8 psig

Media Presión B (MPB)

0,4 barg < P ≤ 4 barg 5.8 psig < P ≤ 58 psig

Alta Presión A (APA)

4 barg < P ≤ 16 barg 58 psig < P ≤ 232 psig

Alta Presión B (APB)

P > 16 barg P > 232 psig

Equivalencias: agua)

1 barg = 14.5 psig = 100 kPa 1 psig = 27.67“C.A. ( “C.A.= pulgada de columna de

Pérdida de Carga en Tuberías

Pérdida de carga en tuberías Para la determinación de la pérdida de carga se utilizarán las fórmulas de RENOUARD, estas fórmulas son válidas si se cumplen simultáneamente las dos condiciones siguientes: i. La relación entre el caudal Q (medido en m3(n)/h) y el diámetro interior real de la tubería D (en mm) es inferior a 150:

Q <150 D ii. El llamado “Número de Reynolds”, R es menor a 2´000,000. Esto viene dado por la siguiente expresión:

Q R = T × < 2´000,000 D Donde:

T =

72,000 para GLP 22,300 para gas natural 24,300 para aire

Pérdida de carga en tuberías Las fórmulas de Renouard son: 1. Para medias presiones (0,05 bar < P < 4 bar)

P −P

1.82

= 48.6 × S × L × Q

×D

−4.82

2. Para bajas presiones (P < 0,05 bar)

P −P a

1.82

= 232,000 × S × L × Q

×D

−4.82

Pérdida de carga en tuberías Donde:  Pa y Pb: Presiones absolutas en el origen y en el extremo del tramo cuya pérdida de carga queremos hallar, expresadas en bar para medias presiones y en mm c.d.a. para bajas presiones.  S: Densidad corregida. Es un factor que depende de la densidad relativa del gas y de la viscosidad y compresibilidad del mismo. Los valores que se han de tomar para este parámetro son los indicados a continuación:  Para GLP mix 70/30  Para gas natural:  Para gas propano:  Para gas butano:

1.25 0,60 1,16 1.44

Pérdida de carga en tuberías Donde:  L: Longitud equivalente (Le) de cálculo en m. Esta se calcula sumando a la longitud física de la tubería, las longitudes equivalentes por pérdidas de carga debidas en los accesorios (codos, tees, etc.) en el tramo calculado. Sin embargo, para efectos de cálculo, se puede asumir un 20% más de la longitud real para tener en cuenta estas pérdidas.  Q: Caudal de gas en m3 (n)/h (es decir a condiciones normales: presión atmosférica y temperatura 0º C).  D: Diámetro interior real de la tubería expresado en mm.

Dimensiones de tuberías 1. TUBERIAS DE COBRE TIPO L

2. TUBERIAS DE ACERO CEDULA 40

Diámetro

Espesor

Diámetro

Espesor

Nominal

Int.Real

Ext.Real

Pared

Nominal

Int.Real

Ext.Real

Pared

pulg

8.01

9.53

0.76

⅜

12.48

17.10

2.31

⅜

10.92

12.70

0.89

15.76

21.30

2.77

13.84

15.88

1.02

20.96

26.70

2.87

19.95

22.23

1.14

26.64

33.40

3.38

26.04

28.58

1.27

1¼

35.08

42.20

3.56

1¼

32.13

34.93

1.40

1½

40.94

48.30

3.68

1½

38.24

41.28

1.52

52.48

60.30

3.91

50.42

53.98

1.78

2½

62.68

73.00

5.16

2½

62.62

66.68

2.03

77.92

88.90

5.49

74.80

79.38

2.29

102.26

114.30

6.02

99.20

104.78

2.79

4½

112.65

125.25

6.30

123.82

130.18

3.18

154.08

168.30

7.11

Longitudes equivalentes de accesorios

Equivalencias: 1 barg = 14.5 psig = 100 kPa 1 psig = 27.67â&#x20AC;&#x153;C.A. ( â&#x20AC;&#x153;C.A.= pulgada de columna de agua)

Velocidad del gas La velocidad V del gas en la tubería (a 15º C) se determinará por la fórmula:

V = 374 ×

P × D2

En este caso se tiene que:  V: Es la velocidad del gas en m/s.  P: Es la presión absoluta media de la conducción del tramo analizado, en bar. Se puede considerar P=(Pa+Pb)/2  D: Es el diámetro interior de la tubería en mm.  Q: Caudal en m3(n)/h. Se recomienda que esta velocidad no exceda los siguientes límites:  Para tuberías en el exterior debe ser menor de 20 m/s  Para tuberías interiores debe ser menor de 10 m/s

Cálculo de Diámetro de Tuberías Ejemplo de Cálculo: Siguiendo con el ejemplo anterior, calcule los diámetros de cada tramo para la situación actual. Utilice tubería de cobre tipo L para toda la red y asuma un 20% adicional para pérdidas en los accesorios. La presión de salida del regulador de primera etapa es de 30 psig y la presión de salida del regulador de segunda etapa es de 11”c.a. Asuma inicialmente una pérdida de carga de 10% en el tramo de media presión y de ½”c.a. en el tramo de baja presión.

Cálculo de Diámetro de Tuberías Solución: Calculamos la carga total (Et) a ser atendida por la instalación: Et = 40,000 + 75,000 + 120,000 = 235,000 BTU/hr = 2.44m3/hr Renouard en el tramo de Media Presión: P2a-P2b = 48.6 x S x Le x Q1.82 x D-4.82 Donde: S = 1.26 (para un mix 70/30) Le = 7.60 x 1.20 = 9.12m Q = Et = 2.44m3/hr Pa = 30psig = 44.7psia = 3.083 bar absoluto Pb = 90% x 3.083 = 2.77 bar absoluto Reemplazando y despejando: D = 4.4mm Seleccionamos una tubería de ¼” (6.35mm) de diámetro Verificamos: Q/D = 0.38 < 150 ok! R=T x Q/D= 72,000 x 0.38 = 27,666 < 2x106 ok! V=374xQ/(PxD2)=374x2.44/(2.93x6.352)=7.72<10 ok!

Cálculo de Diámetro de Tuberías Solución (cont.): Para la segunda etapa (baja presión) calculamos la distancia al punto “más lejano”. Longitud carga total (Et) a ser atendida por la instalación: Et = 40,000 + 75,000 + 120,000 = 235,000 BTU/hr = 2.44m3/hr Renouard en el tramo de Baja Presión: Pa-Pb = ½”w.c. = 12.7mm w.c.= 232,000 x 1.26 x Le x Q1.82 x D-4.82 Para la Salida A: QA = 40,000 BTU/hr = 0.41 m3/hr Con Le=1.2x4.6m, D = 8.18mm, seleccionamos D = 3/8”, Para la Salida B: QB = 75,000 BTU/hr = 0.77 m3/hr Con Le=1.2x3.7m, D = 9.55mm, seleccionamos D = 1/2”, Para la Salida C: QC = 120,000 BTU/hr = 1.23 m3/hr Con Le=1.2x3.0m, D = 11.33mm, seleccionamos D = 1/2” Sección 1: Q1 = 115,000 BTU/hr = 1.19m3/hr Con Le=1.2x3.0m, D = 11.20mm, seleccionamos D = 1/2” Sección 2: Q2 = 235,000 BTU/hr = 2.44m3/hr Con Le=1.2x9.0m, D = 18.43mm, seleccionamos D = 3/4”

Cálculo de Diámetro de Tuberías Solución (cont.): Para cada uno de los diámetros seleccionados para la segunda etapa se debe verificar igualmente que se cumplan las condiciones siguientes: Q/D < 150 R=72,000xQ/D<2’000,000 V=374xQ/(PxD2)<10 en interiores ó 20 en exteriores.

IsomĂŠtrico 1 2.5m

0.5m

Potencias (BTU/H):

0.5m

Horno: 60,000 c/u

0.5m

1.5m

0.7m

Salida a 10psi

1.5m

Manifold 4 x 45 Kg

Horno 1

0.3m

Horno 2

Isométrico 1: Solución C

2.5m

0.5m

Horno: 50,000 c/u

B E

Manifold 4 x 45 Kg

0.7m

Horno 1

0.3m

1.5m

Tramo

L (m)

Q (BTU/H)

φ (pulg)

P (psi / “WC)

5.5

120,000

½”

10psi

120,000

¾”

11”WC

60,000

½”

11”WC

0.5

60,000

½”

11”WC

0.5m

1.5m

E Horno 2

Potencias (BTU/H):

IsomĂŠtrico 2 Potencias (BTU/H): 0.3m

Calentador: 325,000 c/u

0.2m

Cocina 4 hornillas: 120,000 (10psi) 3m 1.5m

5m 2.

5m 1.

Cocina M.P. 4Hornillas

5m 1.

0.5m Calentador

Isométrico 2: Solución

0.3m

Potencias (BTU/H): Calentador: 325,000 c/u

0.2m

Tramo

B 1.5m

5m 2.

5m 1. 5m 1.

Cocina M.P. 4Hornillas

0.5m

Cocina 4 hornillas: 120,000 (10psi)

F Calentador 0.5m

Calentador

L (m)

Q (BTU/H)

φ (pulg)

P (psi / “WC)

770,000

½”

10psi

7.5

120,000

½”

10psi

650,000

½”

10psi

1.5

650,000

1”

11”WC

0.5

325,000

½”

11”WC

2.5

325,000

¾”

11”WC

4.5m

Isométrico 3

Salida a 15 psi

14.2m 5. 6

3m 2.5m

2 Tanques 1000 gal

Potencias (BTU/H): Caldero 15 BHP:

510,000

Caldero 50 BHP: 1’700,000

10 .

Isométrico 3: Solución

Tramo

4.5m

F A

3m B

14.2m 5. 6

3m C 2.5m

2 Tanques 1000 gal

Potencias (BTU/H): Caldero 15 BHP:

510,000

Caldero 50 BHP: 1’700,000

10 .

L (m)

Q (BTU/H)

φ (pulg)

P (psi / “WC)

2’210,000

¾”

15psi

5.6

510,000

½”

15psi

24.8

1’700,000

¾”

15psi

2.5

510,000

1”

11”WC

4.5

1’700,000

1 ½”

11”WC

Selección de Reguladores de Presión Las tablas de capacidad de un regulador muestran la capacidad del mismo a diferentes presiones de entrada, a una presión de ajuste de salida pre-determinada de fábrica. Lo que debe saber para seleccionar un regulador: 1. La carga del equipo (capacidad de gas en m3/h, kg/h o BTU/h, es la suma de los consumos instalados y proyectados) 2. Tamaño de la Tubería 3. Presión de Entrada (valor máximo y mínimo) 4. Presión de Salida 5. Mezcla de gas empleado (Propano/Butano) 6. Seleccionar regulador del catálogo del fabricante

Instalaci贸n de Reguladores de Primera y Segunda Etapa

Ventajas de los sistemas de regulación en dos etapas 

Presión uniforme al equipo alimentado por gas

El arreglo de dos etapas, permite que el regulador de segunda etapa sea alimentado con una presión de entrada casi constante en la casa. Esto hace que el regulador de segunda etapa sea más preciso y como resultado mantenga constante la presión de salida a 11 pulgadas de c.a. (27 milibares), mejorando la eficiencia total de los equipos conectados al sistema de gas. 

Congelamiento

El sistema del dos etapas reduce los problemas de congelamiento causados por el agua que se encuentra en el gas. Los orificios utilizados en los reguladores son más grandes, lo que dificulta la formación de hielo que pudiera bloquear el paso del gas. La expansión del gas a través de dos orificios en vez de uno solo reduce grandemente “el efecto de congelación”.

Ventajas de los sistemas de regulación en dos etapas 

Menores costos de Instalación

Este arreglo permite que se utilicen tuberías de menor diámetro entre la primera etapa y la segunda, reduciendo el costo de materiales e instalación. 

Flexibilidad en la Instalación

Un regulador de primera etapa puede alimentar varios reguladores de baja presión o segunda etapa, lo que permite la incorporación de equipos en un futuro sin afectar la eficiencia de equipos ya existentes. 

Menor número de fallas

Con un sistema de dos etapas, se puede esperar que hayan menos fallas y problemas causados por el apagado de pilotos o ajuste de quemadores. Esta configuración aumenta la eficiencia de los equipos, reduce los costos de operación y reduce el número de llamadas de servicio por parte del cliente.

Selecci贸n de Reguladores

Reguladores de Primera Etapa

Reguladores de Segunda Etapa

Reguladores de Etapa Unica o Doble Etapa

Selección de Reguladores de Presión Ejemplo de Cálculo: En el ejemplo anterior, seleccionar los reguladores de primera y segunda etapa. Solución: Primera etapa: Q = 235,000 BTU/hr Presión de salida: Pa = 30 psig Del catálogo del fabricante seleccionamos Fisher 67/685 Segunda Etapa: Q = 235,000 BTU/hr Presión de Salida: Pb = 11” w.c. Del catálogo del fabricante seleccionamos Fisher R522 BCF

Links de InterĂŠs

Links de interés en la web Normas Técnicas y Legales: Ministerio de Energía y Minas (MEM) – www.minem.gob.pe Osinerg – www.osinerg.gob.pe Indecopi – www.indecopi.gob.pe NFPA-National Fire Protection Asociation – www.nfpa.org ASME-American Society of Mechanical Engineers – www.asme.org Fabricantes de Tanques: Itsa – www.itsaperu.com Tatsa – www.trinitymexico.com

Links de interés en la web Vaporizadores: Algas – www.algas-sdi.com Ransome – www.meeder.com Reguladores y válvulas: Fisher – www.fisherregulators.com Rego – www.regoproducts.com Bombas y Compresores: Corken – www.corken.com Blackmer – www.blackmer.com Medidores: American Meter – www.americanmeter.com Yasaki Metrex – www.metrex.com.co

Muchas Gracias

Ing. Arturo Ledesma L. arturoledesma@terra.com.pe c.9878-3787 / rpm 69768