8.-DISEÑO Y CALCULO EN INSTALACIONES DE GAS NATURAL EN INDUSTRIAS

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE MECANICA – ENERGIA Centro de Extensión y Proyección Universitaria Conferencias Viernes Científico Culturales Tema:

DISEÑO Y CALCULO EN INSTALACIONES DE GAS NATURAL EN INDUSTRIAS Lugar: Auditorio Ausberto Rojas Saldaña Expositor: Ing. IG3 Noel Ñiquen Neciosup 15 / 06 / 2012

GAS NATURAL: DEFINICION Y CARACTERISTICAS ¿QUE ES EL GAS NATURAL? Es una mezcla de gases hidrocarburos y no hidrocarburos presentes en formaciones geológicas porosas subterráneas, donde el principal componente es el METANO (CH4) • Gas Natural Asociado – Se produce acompañando al Petróleo • Gas Natural No Asociado – Se produce sin presencia de Petróleo Es una de las fuentes de energía mas abundante, limpia y competitiva.

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GAS NATURAL: DEFINICION Y CARACTERISTICAS CARACTERISTICAS DEL GAS NATURAL • Se denomina con el término "Natural" porque en su constitución química no interviene ningún proceso; es limpio, sin color y sin olor. • Se le agrega un odorizante para la distribución sólo como medida de seguridad. • El gas natural es más ligero que el aire, por lo que de producirse un escape de gas, éste tenderá a elevarse y a disiparse en la atmósfera a diferencia del GLP que es mas pesado que el Aire. • No requiere de almacenamiento en cilindros o tanques, se suministra por tuberías en forma similar al agua potable. Ing. Noel Ñiquen Neciosup

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GAS NATURAL: DEFINICION Y CARACTERISTICAS

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GAS NATURAL: DEFINICION Y CARACTERISTICAS DIAGRAMA DE SUMINISTRO

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GAS NATURAL EN EL SECTOR INDUSTRIAL

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INSTALACION DE GAS NATURAL EN INDUSTRIAS USO INDUSTRIAL DEL GAS NATURAL El gas natural es el mejor combustible que pueden usar las industrias que utilizan hornos y calderos en sus procesos productivos. Por sus características reemplaza ventajosamente a otros combustibles. En la fabricación del acero es usado como reductor para la producción de hierro esponja. También será utilizado como materia prima en la industria petroquímica.

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INSTALACION DE GAS NATURAL EN INDUSTRIAS El gas natural puede sustituir a los siguientes combustibles: - Diesel. - Residuales. - Gas licuado de petróleo (GLP). - Kerosene. - Carbón. - Leña.

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TIPOS DE INDUSTRIAS CON GAS NATURAL Industria del vidrio Las propiedades físicoquímicas del gas natural han hecho posible la construcción de quemadores que permiten una llama que brinda la luminosidad y la radiación necesarias para conseguir una óptima transmisión de la energía calórica en la masa de cristal. Asimismo es importante mencionar que con el gas natural el producto final (vidrio) sale limpio.

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TIPOS DE INDUSTRIAS CON GAS NATURAL Industria de alimentos En la producción de alimentos el gas natural se utiliza en los procesos de cocimiento y secado. El gas natural es el combustible que permite cumplir las exigencias de calidad ISO, que son requerimientos para ciertos productos de Exportación.

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TIPOS DE INDUSTRIAS CON GAS NATURAL Industria Textil El gas natural permite el calentamiento directo por convección en sustitución del tradicional sistema de calentamiento mediante fluidos intermedios, con el consiguiente ahorro energético (entre el 20 y el 30%).

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TIPOS DE INDUSTRIAS CON GAS NATURAL Industria de Cerámicas El uso del gas natural en esta industria es muy ventajoso debido a que se consigue un ahorro económico y permite la obtención de productos de mejor calidad. Cabe indicar que los productos acabados de esta industria requieren de mucha limpieza y con el gas natural se consigue esta exigencia.

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TIPOS DE INDUSTRIAS CON GAS NATURAL Industria del Cemento Los hornos de las cementeras que utilizan gas natural son más eficientes y tienen mayor vida útil; no requieren de mantenimiento continuo y los gases de combustión no contaminan el ambiente como los demás combustibles.

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TIPOS DE INDUSTRIAS CON GAS NATURAL Fundición de Metales El gas natural ofrece a la industria metalúrgica variadas aplicaciones. Sus características lo hacen apto para todos los procesos de calentamiento de metales, tanto en la fusión como en el recalentamiento y tratamientos térmicos.

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NORMATIVA APLICADA AL USO DE GAS NATURAL EN INDUSTRIAS

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NORMATIVA EN INSTALACIONES INDUSTRIALES DE GAS NATURAL Instalaciones Internas para Industrias 1. Normativa adecuadas: • NTP 111.010 GAS NATURAL SECO Instalaciones internas industriales. • Reglamento de Distribución de Gas Natural por Ductos D.S. 042-99EM y modificaciones (D.S. 038-2005-EM). 2. Registro de Instaladores • Reglamento aprobado por Res. Consejo Directivo Nº 163-2005-OS/CD del 13/07/2005) 3. Procedimiento de Habilitación de Suministros de Gas Natural – (Procedimiento aprobado por Res. Consejo Directivo Nº 164-2005OS/CD del 13/07/2005)

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NORMATIVA EN INSTALACIONES INDUSTRIALES DE GAS NATURAL NTP 111.010 – 2003 GAS NATURAL SECO Sistema de Tuberías para Instalaciones internas industriales Campo de Aplicación Esta Norma Técnica se aplica únicamente a las instalaciones industriales donde el gas natural seco deberá ser usado como combustible y tiene como alcance el sistema de tuberías con presiones hasta 400 kPa (4 bar), que van desde la salida de la Estación de Regulación de Presión y Medición (ERPMP) hasta los puntos de conexión de los equipos de consumo. La NTP establece los requisitos mínimos que debe cumplir el sistema de tuberías para el suministro de gas natural seco en las instalaciones internas industriales, en referencia a la especificación de los materiales, el diseño y dimensionamiento, y la construcción entre otros, para una operación confiable. Esta Norma Técnica Peruana (NTP) incluye consideraciones generales y referencias normativas internacionales para los equipos de regulación de presión y de medición, así como los requerimientos de seguridad para los sistemas de combustión de los equipos de consumo. Ing. Noel Ñiquen Neciosup

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NORMATIVA EN INSTALACIONES INDUSTRIALES DE GAS NATURAL NTP 111.010 : “Sistemas de Tuberías para Instalaciones Internas Industriales” (*)

Red Interna Campo de Aplicación de la NTP 111.010 Ing. Noel Ñiquen Neciosup

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ESTACION DE REGULACION DE PRESION Y MEDICION PRIMARIA (ERMP)

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ESTACION DE REGULACION Y MEDICION PRIMARIA (ERMP) Estación de Regulación y Medición Las ERMP son instalaciones de funcionamiento automático que tienen la función de filtrar el gas, reducir y estabilizar su presión, manteniéndola constante en su salida, dentro de unos límites determinados (Max. 4 bar), independientemente de la presión de entrada y de los caudales circulantes. Una vez que el gas en alta presión entra en la estación, el filtro se encarga de limpiarlo para reducir los daños que éste pueda ocasionar en los equipos de la estación y en otros dispositivos instalados aguas abajo. Posteriormente, el regulador principal es el encargado de realizar la regulación del gas que sale a una menor presión de la estación. También juegan un papel muy importante en este proceso la válvula de interrupción de seguridad, que actúa en función de la presión de salida cerrando en el caso de que la misma supere un valor de sobrepresión determinado, y el medidor de gas encargado de medir el volumen de gas natural consumido por el usuario Ing. Noel Ñiquen Neciosup

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COMPONENTES DE LA (ERMP) Válvulas Válvulas de seguridad Son válvulas de descarga automática y tienen la función de mantener la presión bajo un límite máximo previamente fijado.

Válvulas de bloqueo Estas válvulas se diferencian de la anterior porque cortan totalmente el flujo de gas natural que circula por la tubería Ing. Noel Ñiquen Neciosup

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COMPONENTES DE LA (ERMP) Regulador de presión Los reguladores o reductores de presión son equipos de control de flujo diseñados para mantener una presión constante aguas abajo de ellos, independientemente de las variaciones de presión a la entrada o los cambios de requerimientos de flujo. La “carcaza” y los mecanismos internos que componen un regulador, automáticamente controlan o limitan las variaciones de presión a un valor previamente establecido.

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COMPONENTES DE LA (ERMP)

Reguladores de presión y válvula de seguridad por bloqueo Serie 956

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COMPONENTES DE LA (ERMP)

Filtro de Gas Natural El filtro tiene por objeto retener las impurezas arrastradas por el gas natural en su circulación. Este se coloca antes del Regulador de Presión.

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COMPONENTES DE LA (ERMP) MEDIDORES DE GAS NATURAL Como su nombre indica, sirven para medir el volumen de gas natural consumido por el usuario. Los medidores normalmente Utilizados son: •Volumétrico : medidor de membrana y medidor rotativo. •Velocidad: turbina. Medidores de Membrana Estos medidores tienen en su interior un diafragma que es presionado por el gas natural que penetra. El volumen ocupado es indicado por el contador que lo expresa en m3/h. Son económicos para bajos caudales y presiones.

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ESTACION DE REGULACION Y MEDICION PRIMARIA (ERMP) Medidores Rotativos Estos medidores dependen de dos lóbulos en forma de ocho. Los lóbulos giran al pasar el gas natural, de manera que, durante su rotación, cada uno de ellos aísla entre él y el cuerpo un volumen fijo de gas, que es evacuado a través de la salida del contador. Los contadores rotativos son adecuados para controlar caudales importantes de gas, por ello su aplicación industrial.

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ESTACION DE REGULACION Y MEDICION PRIMARIA (ERMP) Medidores de turbina

Estos medidores se basan en la medición de la velocidad del gas natural dentro del contador. Permiten medir grandes caudales.

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INSTALACION INTERNA DE GAS NATURAL EN INDUSTRIAS

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INSTALACION INTERNA DE GAS NATURAL EN INDUSTRIAS Red Interna

Se entenderá por instalación interna al conjunto de tuberías, válvulas y accesorios apropiados para la conducción del gas natural desde la salida de la ERPMP hasta la tubería existente en los equipos de consumo. Antes de Ingresar a los equipos de consumo el gas natural debe pasar por una estación de regulación secundaria ERS encargada de preparar el gas en las condiciones que el equipo de consumo lo requiere

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RED INTERNA INDUSTRIAL Ing. Noel Ñiquen Neciosup

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RED INTERNA INDUSTRIAL Ing. Noel Ñiquen Neciosup

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DERIVACIONES INTERNAS

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ESTACION DE REGULACION SECUNDARIA

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ERS

ERS

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ESTACION DE REGULACION SECUNDARIA Ing. Noel Ñiquen Neciosup

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RED INTERNA INDUSTRIAL Tuberías Para la instalación de gas natural a la industria se utilizan tuberías de polietileno, acero y cobre. Tuberías de polietileno Las tuberías de polietileno deberán cumplir con la última edición de las normas: ISO 4437, CEN pr EN 1555, también es aplicable en las instalaciones internas industriales la norma ASTM D 2513. Normalmente se usa polietileno en las tuberías instaladas hasta la estación de reducción de presión de la industria.

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TUBERIAS DE LA RED INTERNA INDUSTRIAL TIPOS DE TUBERIAS: Tuberías de acero Las tuberías de acero se pueden instalar en toda la red de distribución e instalaciones dentro de la industria. No obstante, por su costo normalmente se utilizan en las instalaciones que van de la estación de regulación hasta el aparato de consumo.

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TUBERIAS DE LA RED INTERNA INDUSTRIAL

Tuberías de cobre Las tuberías de cobre también se usan en las instalaciones industriales, normalmente cuando las presiones son inferiores a 1 bar.

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TUBERIAS DE LA RED INTERNA INDUSTRIAL Ventajas y desventajas de las tuberías

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QUEMADORES Quemadores Son dispositivos mediante los cuales, el combustible se pone en contacto y se mezcla con el comburente a fin de provocar una combustión eficiente y lograr de ese modo el efecto térmico buscado. Tipos de quemadores Quemador atmosférico Este quemador se puede utilizar para alta o baja presión de suministro de gas natural. Como se observa en la figura, cuenta con una tobera de inyección de gas natural en forma de tubo de Venturi, que aspira el aire primario necesario para la combustión a la entrada del quemador. Para completar la totalidad del aire requerido para la combustión se introduce el aire secundario. Ing. Noel Ñiquen Neciosup

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QUEMADORES Para el caso de calderas industriales suelen diseñarse quemadores atmosféricos tipo multitoberas, que son un conjunto de quemadores como se muestra en la figura. Quemador de gas / aire En este tipo de quemador, el aire se suministra a una presión adecuada superior a la del gas natural. En la figura se muestra un quemador de estas características de funcionamiento automático, en el que se utiliza un ventilador del tipo centrífugo, que es el que provoca la entrada del aire. El gas natural es inducido por el aire que se inyecta en un tubo tipo Venturi, efectuándose la mezcla en su casi totalidad antes de producirse la combustión como se indica en la figura.

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“CONSIDERACIONES GENERALES PARA EL DISEÑO DE SISTEMA DE TUBERÍAS DE INSTALACIONES INTERNAS”

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BALANCE ENERGETICO EQUIVALENCIA TERMICA: Para Producir 1 MMBTU se requiere: GAS NATURAL = 26.39 sm3 GLP = 2.1 Balones (10 kilos) = 10 galones = 38 litros Residual 6 = 7.1 galones Residual 500 = 7 .0 galones Gasolina de 95 Octanos = 8.1 galones Diesel 2 = 7.3 galones Electricidad = 293 Kw-h LEÑA = 60 kilos. Kerosene= 7.4 galones Ing. Noel Ñiquen Neciosup

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BALANCE ENERGETICO Ejemplo 1 (Mediana Industria) Una minera en Ancash consume 13400 galones de GLP en un mes ¿Cual seria su consumo mensual si utilizara Gas Natural? Solución: Consumo = 26.39 x 13400 / 10 = 35362.6 m3/mes (GN)

Ejemplo 2 (Gran Industria) Una Pesquera en Ica consume en un día 2500 galones de GLP y 2700 galones de Residual 6 ¿Cual seria su consumo diario si utilizara Gas Natural? Solución: Consumo = (26.39 x 2500 / 7.3) + (26.39 x 2700 / 7.1) = 19073.3 m3/mes (GN)

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DISEÑO Y DIMENSIONAMIENTO DEL SISTEMA DE TUBERÍAS CONDICIONES BÁSICAS PARA EL DIMENSIONAMIENTO El dimensionamiento de la tubería de gas natural seco depende entre otros de los siguientes factores: a) Máxima cantidad de gas natural seco requerido por los equipos de consumo. b) Demanda proyectada futura c) Caída de presión permitida entre el punto de suministro y los equipos de consumo. d) Longitud de la tubería y cantidad de accesorios. e) Gravedad específica y poder calorífico del gas natural seco (s) f) Velocidad permisible del gas. (30m/s) Ing. Noel Ñiquen Neciosup

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DISEÑO Y DIMENSIONAMIENTO DEL SISTEMA DE TUBERÍAS Rangos de caída de presión

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DISEÑO Y DIMENSIONAMIENTO DEL SISTEMA DE TUBERÍAS Velocidad Interna del Gas Natural

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DISEÑO Y DIMENSIONAMIENTO DEL SISTEMA DE TUBERÍAS

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DISEÑO Y DIMENSIONAMIENTO DEL SISTEMA DE TUBERÍAS

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DISEÑO Y DIMENSIONAMIENTO DEL SISTEMA DE TUBERÍAS Ejemplo Practico:

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DISEÑO Y DIMENSIONAMIENTO DEL SISTEMA DE TUBERÍAS SOLUCION

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DISEÑO Y DIMENSIONAMIENTO DEL SISTEMA DE TUBERÍAS

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DISEÑO Y DIMENSIONAMIENTO DEL SISTEMA DE TUBERÍAS

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MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCION

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