Desarrollo de software para el diseño de redes internas de gas natural y GLP, para edificaciones residenciales y comerciales⁴

Edna Rocío Gutiérrez Coronado“ f iAi in Gonzalo Pulgarín Correa"'

Resumen

En Colombia, el Interés por implementar el uso del gas, es una realidad Esasí como esta industria, se ha convertido en uno de los pilares del desarrollo de la economía del país. Por tal razón, la masificación del gas domiciliario es inminente; el Gobierno fomentará su uso en los 72 municipios que están ubicados a menos de 10 kilómetros de una central que recibe el gas desde el tubo principal.

Para que una edificación tenga servicio de gas natural o gas licuado del petróleo (GLP), debe disponer de una red interna de distribución de gas; la cual requiere de un diseño cuidadoso, que se adopta luego de hacer un reconocimiento físico del lugar, en donde se efectúan mediciones del trayecto por donde puede pasar la tubería, para así escoger el mejor recorrido, los materiales, accesorios y tipos de uniones más adecuados, bajo las consideraciones de la Norma Técnica Colombiana NTC 2505 y complementarias.

Del diseño de una red de distribución de gas natural o de Gas Licuado del petróleo (GLP) depende su funcionamiento, lo que indica que este proceso es de mucha importancia e involucra el conocimiento de patámetros fundamentales, como resoluciones, normas y reglamentos técnicos expedidos por los organismos competentes, que permiten que en el recorrido de toda la línea se garantice la seguridad tanto para las personas como para el ambiente.

Para realizar este diseño, cada institución certificada cuenta con un Software específico, que le permita obtener resultados precisos y confiables. Es así, como la Universidad Surcolombiana actualmente cuenta con el Software EDGas, para instalar en sus salas de cómputo, lo que permite facilitar el aprendizaje didáctico del diseño de redes internas de gas.

Palabras Clave: Diseño, Gas natural, Gas licuado del petróleo, mediciones, trayecto, tubería, redes internas, Norma Técnica Colombiana.

* Hernando Ramitri Píaiaa Director provecto de grada Esp Caí Natural. M.Sc. Salud Pública. Pmietor Titular. Facultad de Ingeniería. Universidad Surcolombiana. mmipkSmco.edu.co " Ingeniera de fírtrrüeix. UniversidadSuKolombiana.

*** Ingenien> de ñriúleos. Univenédad Surcolombiana.

Abstract

In Colombia it is a reality the interest to implement the use o gasfl and in this way it has become one of the bases of Ihe deve lopment of the countrylls economy, for that reason the great use of the domiciliary gas ls prominent, the government wiO foments use in the 72 districts which are located at least 10 kilometers of a station which receive the gas from a mean pipe.

A building wlll have a gas service or liquefied gas of petroleoum (GLP) if it has an inner network of gas distribution. This inner network of gas needs a careful design, which is adopted alter a physical appreclation there wiD be a measurement of the route where the pipe will gdl to the cose the best route, materials, accesories and the kind of connection more appropriated, Ander the consideration of the Colombian Technical Norm NTC 2505 and complementarles.

The design of a network of the distribution of natural gas or liquefied gas of petroleoum (GLP) depends on its opera tion which indícate that this process is of great importante and ínvolves the knowledge of main parameters, as resolutions, norms and technical regulations claimed for the competent organisms, which allow that in the course of the whole line the security of people and environmnent wil be guaranted.

To develop this design, each certified institution hasa specific Software, which permits to get exact and rellable results. In this way the Surcolombiana University actually has a Software EDGas, to instaJl in its computa tion rooms, that wiD facilítate the didactic learning of design of inner networks of gas.

Key words: Design, Natural gas, Petrdeoum liquefied Gas, Measurement, Route, Pipe, Inner Network, Colombian Thecnical Norm.

Introducción

El diseño adecuado de la red interna de distribución de gas natural o de gas licuado del petróleo (GLP), es un proceso que se debe llevar a cabo bajo estrictas medidas de seguridad, contempladas en las Normas Técnicas Cobmbianas vigentes, la sistematización de este proceso facilita los cálculos y disminuye la probabilidad de cometer errores.

Es por esta razón, que el Software EDGas tiene un propósito didáctico que facilita no sólo el diseño de redes internas de gas, sino su proceso aprendizaje, bajólas consideraciones de la NTC 2505 y complementarias, apoyado en la guía para el diseño de redes de gas de la EE.PP.M.

Tanto diseñadores, constructores e instaladores de redes de gas, deben conocer y acatar, con el fin de preservar la integridad de las personas y del medio ambiente.

Con este programa interactivo, no sólo se beneficiará el estudiante, al proporcionarle un

*    Media presión

Es la tubería que se encuentra entre la salida del primer regulador y la entrada al regulador de baja presión. Su presión de operación está entre 690 mbar (10 psl) y 69 mbar (1 pslg), pueden ser para GN o GLP. Los cálculos para los diseños se realizan para 350 mbar. En algunos casos estas líneas de media presión pueden operar a 20 psíg pero la construcción de la misma es más exigente.

*    Lineas de baja presión

Son las Instalaciones que funcionan a menos de 68 mbar (1 psl), los diseños se realizan a 18 mbar para GN y 28 mbar para GLP puesto que los gasodomésticos funcionan a estas presiones.

Para el desarrollo del programa fue necesario realizar una recopilación bibliográfica para conocer las distintas ecuaciones utilizadas por las empresas comercializadoras de gas del país. Es as! como se escogen para realizar los cálculos de baja presión las ecuaciones de: Pole, Polyfto, Spitzglass, Renouard; y para Media presión: Muller. Todo esto con el fin de garantizar la seguridad en el diseño de las redes Internas de gas natural y GLP.

Estas ecuaciones se desarrollan mediante un proceso iterativo, en donde se asume un diámetro hasta lograr que la caída de presión en cada tramo y en toda la red no supere el 5% de la presión de entrada; lo que hace que manualmente sea un proceso extenso.

Con el fin de sistematizar este cálculo, para obtener mejores resultados en menor tiempo, se desarrolló este programa en Lenguaje Visual Basic 6.0, debido a las ventajas que ofrece en cuanto a velocidad de ejecución, convirtiéndolo en una herramienta sencilla de utilizar, lápida y confiable.

Para garantizar la seguridad operacional y ambiental se han tenido en cuenta las consideraciones de la Norma Técnica Colombiana "NTC 2505”. Que se recomienda sea leída y entendida antes de empezar a efectuar el diseño.

Pasos Para el Diseño de Una Red Interna de Gas Natural o GLP 1. Escoger la ecuación de acuerdo a la presión de operación

• Para redes de baja presión:

Ecuación de Fole

n^J

ÍH*..

O =0.00304*

1, G*L Ecuación de Polyflo

Q = 0.00434 ¹¹ D^3jUJ*| —

*    \K*L

Ecuación de Spltzglass Ecuación de Renouard

rr

Q =

23200* 0*U

• Para redes de media presión: Ecuación de Mueller

í'.ih»

i_í ⁴⁶¹

,

2. Escoger el tipo de gas a utilizar

Antes de empezar a diseñar la red se debe establecer el tipo de gas a utilizar, puesto que el GLPtiene un podercaloríficoaproximadamente 2.5 veces mayor que el gas natural, y por lo ee tanto el caudal de suministro necesario de GLP ^ sea menor que el de gas natural.    ®

3. Asumir un diámetro    “

Al Iniciar los cálculos iterativos, es necesario asumir un diámetro de tubería (Para efectos de _g

cálculo se debe tomar los diámetros internos). A continuación se presentan tabulados los diámetros para cada tipo de tubería de acuerdo al material:

Tabla 1. Diámetros para tubería de cobre

Tabla 2. Diámetros para tubería de acero

Tabla 3. Diámetros para tubería de polietiíeno

4. Calcula ría longitud equivalente

L“ Longitud equivalente, m

Con el diámetro asumido se procede a calcular la longitudeq u iva len te. Lalongituda reemplazar en las ecuaciones es la longitud de la tubería entre la entrada a la red y el punto de consumo más lejano, más la longitud equivalente de todos los accesorios que se encuentran en este sector déla red.

L ■ (Longitud real + Longitud equivalente por accesorios)

i|) Tubería x Relación Long/

A continuación se presenta un listado de accesorios con su respectiva relación longitud/ diámetro para el cálculo de longitudes equivalentes.

Tabla 4. Relación Long/Diámetro

Nota: Se desprecia la caida de presión en reducciones, uniones rectas y válvulas esféricas de paso directo (sin reducción de sección).

5. Calcular el Caudal

Se calcula haciendo la sumatoria del consumo de todos los artefactos conectados a la red. En la siguiente tabla se muestran valores aproximados de consumo de gas en pies3/h y/o m3/h para diferentes gasodomésticos.

Estos valores deben confrontarse con los datos de placa del gasodoméstico.

Una vez se tiene el consumo en el domicilio se calcula el caudal de simultaneidad.

Cuando una instalación Individual doméstica tenga conectados más de dos aparatos a gas, es poco probable que todos ellos estén funcionando a su patencia nominal en forma simultánea. Por lo tanto, el caudal de diseño es llamado: caudal de simultaneidad el cual se calcula así:

„ (C + D+... + N)

Q = A + B + ---

2

En donde:

Q = Caudal máximo de simultaneidad, m3/h A y B ■ Caudales de los dos aparatos de mayor consumo, m3/b

C,D,...N= Caudalesdelosotrosgasodoméstlcos, m3/h

Para efectos del diseño se considera que si el caudal máximo de simultaneidad es inferior a

3 m3/h para GN o 1.2m3/h para GLP; 30 kw o 105.000 BTU/h debe toma ese como mínimo este caudal, expresado en m3/h.

B caudal de simultaneidad para unidades multifamiliares se determina de acuerdo con la Tabla 6.

Coeficiente de simultaneidad

G, = K*Q

0,9657

N .donds

K* Coeficiente de Simultaneidad N- Numera de Usuarios

7.Calcular la caída de presión

En la ecuación escogida, remplazar los parámetros anteriormente hallados y evaluar la pérdida de presión por tramos de tal manera que la caída de presión acumulada no exceda el 5% de la presión de entrada.

Para Gas Natural:

Pentrada ■ 18 mbar Hmax ■ 0.9 mbar fóra GLP:

Pentrada = 28 mbar Hmax ■ 1.4 mbar

En caso que la caída de presión calculada exceda los 0.9 mbar para gas natural o 1.4 mbar par GLP, se debe repetir el proceso desde el numeral 3 hasta llegar a escoger el diámetro que no ocasione pérdidas de presión por fuera del rango permisible.

Figura 1 Esquema para el suministra de Gas Combustible en una vivienda unifamiUar

Figura 2 Esquema pata el suministro de Gas Domiciliario en edificaciones multfa miliares.

Metodología

Para la realización del programa EDGas, fue

necesario seguir los siguientes pasos:

•    Car acterizaciónde los software comerciales para el diseño de redes internas de gas que son más utilizados por las empresas distribuidorasdegasen Colombia. (Diregas y Gaswork)

•    Definición de los aspectos relevantes de un software para diseño de redes internas de gas con fines académicos.

•    Identificación del proceso del ciclo de vida del software ISO 12207 y de aspectos técnicos de la red de gas consideradas en laNTC 2505.

•    Revisión de las técnicas de cálculo para redes internas de gas empleadas por la EEPPM, ypor el SENA. (Competencia)

•    Desarrollo y validación del software EDGas.

•    NORMAS APLICABLES

A continuación se relacionan las Normas Técnicas Colombianas que aplican al cálculo de las instalaciones de media y baja presión para el suministro de GN y GLP

NTC-1746 Tuberías y accesorios plásticos.

NTC-2249Tubería de acero Carbón

NTC-2505 Instalacionesdegasen residencias ycomerdo.

NTC-2723 Medidores.

NIC 2763 Tubería de Aluminio.

NTC-2826 Especificaciones de medidores.

NTC-3260 Accesor ios G LP.

NTC-3293 Reguladores.

+ NTG-3410 Accesorios de Pol letlleno.

•    NTG3424 Válvulas de alivio y dispositivos automáticos.

+ NTC-3470 Tubería de acero carbón galvanizada en caliente.

*    NTG3531 Calentadores.

» NTG3567 Gasodomésticos y ductos metálicos de evacuación.

empresas comercializadoras de gas en el país.

La eliminac ión de la lectura nía nual de datos de tablas, permite disminuir la posibilidad de incluir errores humanos durante el procedimiento de cálculo.

Se ofrece una alternativa didáctica para el aprendizaje deredes intemasde Gas Natural y GLP, disponible para todos los estudiantes déla UniversidadSurcolombiana.

El programa EDGas, cuenta con un manual del usuario, que permite el autoaprendizaje autónomo.

Resultados

•    El programa EDGas, realiza cálculos confiables y rápidos, de pérdida de presión y diámetros óptimos de tubería en distintos materiales para diseño de redes internas de media y baja presión, tanto para gas natura] como para GLP

•    De la validación del programa EDGas con los ejemplos tomados del módulo del Sena y con los datos corridos en el programa Diregas, se observa que los resultados obtenidos son muy aproximados, lo que genera gran con fiabilidad.

•    Al realizar la recopilación bibliogtáflca de las distintas ecuaciones de flujo para diseño de redes internas de Gas natural y GLP, se desarrolla un programa que reúne las ecuaciones más utilizadas por las

Bibliografía

1.    Diplomado en distribución de gases combustibles. Modulo 1. Introducción a la ingeniería de gases combustibles. Acipet Usco. 1997. Sante de Bogotá.

2.    Norma Técnica Colombiana (NTG2505), Versión 2006

3.    Guía Pára El Diseño e Instalación de Redes de Gas EE. PP M, 1997

4.    ISO 12207. Proceso de Gestión y Mejora mientodel Proceso deConflgu ración de Software

5.    Centro de noticias del estado. Presidencia de la República, www.presidencia.gov.co/

ss

Universidad Surcobmbiana Facultad de Ingeniería