Características y Sistemas de Distribución de Gas Natural y GLP

Tipos de Gases Combustibles

Gas Natural Metano

El gas natural es una mezcla de gases ligeros, principalmente metano (CH4), que se encuentra en yacimientos de petróleo o en depósitos de carbón. Su composición varía según el yacimiento y puede contener nitrógeno, dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno, helio y mercaptanos. Se obtiene de yacimientos subterráneos, marinos o terrestres. Actualmente, se están investigando yacimientos de hidratos de metano, que podrían ser una fuente de gas natural aún más grande.

El gas natural produce menos CO2 que otros combustibles como el petróleo o el carbón, debido a que el metano tiene una estructura química que genera menos dióxido de carbono al quemarse. Aunque su contenido energético por volumen es bajo, lo que complica su almacenamiento, es un combustible versátil, útil incluso para obtener hidrógeno de manera económica.

España, al no tener gas natural propio, debe importar casi todo el gas que consume.

El gas natural se transporta de dos maneras:

1. En estado líquido a -161 ºC, en barcos metaneros o camiones criogénicos, donde 1 m³ líquido equivale a 600 m³ gaseoso.
2. En estado gaseoso a través de gasoductos, comprimiéndolo a 72 kg/cm² y descomprimiéndolo en el punto de consumo.

Gases Licuados del Petróleo (GLP)

El gas licuado del petróleo (GLP) es una mezcla de propano (C3H8) y butano (C4H10), presentes en el gas natural y el petróleo. Se obtiene principalmente durante el refinado del petróleo. Estos gases desprenden más energía que el metano debido a su mayor contenido de carbono e hidrógeno.

El butano se licúa fácilmente a temperatura ambiente, pero su temperatura mínima de gasificación es de 0 ºC, lo que puede ser un inconveniente en climas fríos, ya que no se gasifica a temperaturas inferiores. Por eso, se suministra en envases pequeños para instalaciones individuales.

El propano, en cambio, tiene una temperatura de gasificación más baja, cerca de -40 ºC, lo que permite su uso tanto en gas canalizado como envasado y se almacena en depósitos exteriores para consumo colectivo. Además, el almacenamiento de GLP debe tenerse en cuenta en lugares protegidos de bajas temperaturas para asegurar la gasificación, especialmente cuando la demanda es alta y la botella puede enfriarse por completo.

El gas propano llega a los hogares a través de diferentes vías:

• Desde un centro de almacenamiento de la empresa suministradora, donde el gas es vaporizado y canalizado como el gas natural.
• Desde un depósito fijo cerca de una comunidad de propietarios, cuya titularidad es de la comunidad, y se distribuye a través de una Instalación Receptora de Gas Comunitaria (IRGC) hasta los contadores, y luego a cada vivienda mediante una Instalación Receptora de Gas Individual (IRGI).
• Desde envases móviles de hasta 15 kg, instalados individualmente o en batería, para el consumo de un solo usuario.

Caracterización de los Gases Combustibles

Los parámetros que caracterizan los gases utilizados como combustibles en instalaciones receptoras de gas son:

• Poder calorífico
• Densidad relativa
• Índice de Wobbe
• Presión
• Volumen
• Combustibilidad / Inflamabilidad

A continuación, veremos cada uno de estos parámetros físicos o técnicos.

Poder Calorífico

El poder calorífico es la cantidad de energía que se libera cuando ocurre una reacción de oxidación de un combustible. Representa la energía máxima que puede liberar la unión entre el combustible y el comburente, siendo igual a la energía que mantenía unidos los átomos en las moléculas del combustible, menos la energía utilizada en formar nuevas moléculas en los productos de la combustión. Su magnitud puede variar dependiendo de la forma en que se mida.

En las calderas de gas convencionales, el calor latente del agua no se aprovechaba, ya que el vapor se eliminaba sin aprovechar parte de la energía. En cambio, las calderas de condensación aprovechan aproximadamente el 25% de este calor, condensando el vapor antes de ser eliminado. El poder calorífico superior (PCS) se refiere al calor total producido en la combustión, mientras que el poder calorífico inferior (PCI) se refiere al calor aprovechado sin considerar la energía de condensación del vapor de agua.

Densidad Relativa

La densidad relativa es la relación entre la densidad de un gas y la del aire a la misma presión y temperatura. Los gases más ligeros que el aire, como el gas natural (d < 1), tienden a subir. Los gases más pesados, como el propano y butano (d > 1), tienden a bajar. Esto es relevante para el diseño de rejillas de ventilación que prevengan la acumulación de gases y el riesgo de explosión en caso de fuga.

Índice de Wobbe

La norma UNE 60.002:1995 clasifica los gases según el índice de Wobbe, que es el cociente entre el poder calorífico superior (PCS) y la raíz cuadrada de la densidad relativa. Los gases se dividen en tres familias:

1. Primera familia: Índice de Wobbe entre 22,4 MJ/m³ y 24,8 MJ/m³. Incluye el gas manufacturado, gas de coquería y mezcla hidrocarburo-aire de bajo índice de Wobbe (4 grupos).
2. Segunda familia: Índice de Wobbe entre 39,1 MJ/m³ y 54,7 MJ/m³. Incluye gases naturales y mezcla hidrocarburo-aire de alto índice de Wobbe (aire propanado) (3 grupos).
3. Tercera familia: Índice de Wobbe entre 72,9 MJ/m³ y 87,3 MJ/m³. Incluye los GLP (3 grupos).

Presión

La normativa UNE clasifica las instalaciones de gas canalizado según las presiones de operación (MOP), distinguiendo entre instalaciones con presiones iguales o menores a 5 bar y mayores a 5 bar. La clasificación es la siguiente:

• Baja presión (BP): 0-50 mbar (consumo)
• Media presión A (MPA): 50-400 mbar (distribución urbana)
• Media presión B (MPB): 400 mbar-4 bar (distribución)
• Alta presión A (APA): 4-16 bar (consumo industrial)
• Alta presión B (APB): >16 bar (transporte a grandes distancias)

También se definen otras presiones como presión de diseño (DP), presión de prueba (CTP, STP), y presión de operación (OP).

Las presiones de uso para cada familia de gas son aproximadamente:

• 1ª Familia: 8-12 mbar
• 2ª Familia: 18-22 mbar (gas natural a 22 mbar)
• 3ª Familia: Butano a 28 mbar, Propano a 37 mbar.

La presión se mide en diversas unidades, dependiendo del sistema utilizado.

Volumen

La cantidad de materia y energía en un gas depende de su presión y temperatura, ya que son fluidos compresibles. Es importante especificar las condiciones de presión y temperatura al medir un volumen. En España, se utilizan principalmente las condiciones normales y estándar:

• Condiciones normales: Presión de 1,01325 bares y 0 ºC. Se indica con (n) después de las unidades de volumen.
• Condiciones estándar: Presión de 1,01325 bares y 15 ºC. Se indica con (s) después de las unidades de volumen.

Generalidades de las Instalaciones Receptoras de Gas

Las partes de una instalación receptora de gas canalizado son:

• Red de distribución general de la compañía
• Acometida
• Válvula general de corte
• Contador (incorporaría también reguladores y tomas de presión)
• Instalación individual
• Válvulas y conexión con aparatos
• Rejillas de ventilación

Tuberías, Vainas, Conductos, Pasamuros, Tallos y Transiciones

La tubería es el componente que transporta el gas desde el suministro hasta el aparato de consumo. Su dimensionado depende de factores como la presión de trabajo, el caudal y el material utilizado. Los materiales comunes para fabricar tuberías son:

• Polietileno de alta densidad (HDPE o PEAD): El polietileno se utiliza solo para tuberías enterradas o en tramos dentro de vainas empotradas en muros exteriores o enterrados, que suministran a armarios de regulación y/o contadores. Estos armarios deben tener al menos una pared en contacto con el exterior.
• Cobre: El cobre utilizado para fabricar tubos debe ser de estado duro, con un espesor mínimo de 1 mm para tuberías vistas. Para conexiones de aparatos y tuberías enterradas, se puede utilizar tubo recocido en rollo, con un espesor mínimo de 1,5 mm y un diámetro exterior máximo de 22 mm. Los accesorios para uniones, reducciones y demás deben estar hechos del mismo material que el tubo.
• Acero: El tubo de acero debe estar fabricado a partir de banda de acero laminada en caliente con soldadura longitudinal o helicoidal, o bien estirado en frío sin soldadura.
• Acero inoxidable: El tubo de acero inoxidable debe estar fabricado a partir de banda de acero inoxidable soldada longitudinalmente.

Conjuntos de Regulación y Reguladores de Presión

Los conjuntos de regulación y los reguladores de presión son responsables de reducir la presión del gas. Su funcionamiento depende de factores como el tipo de gas, el caudal y la ubicación. Es clave distinguir entre los conjuntos de regulación, también llamados armarios o estaciones de regulación, y otros componentes como reguladores, limitadores y válvulas.

• Conjuntos de regulación o armarios de regulación: Son unidades que incluyen un regulador, válvulas, llaves de entrada y salida, entre otros.
• Reguladores: Reducen la presión del gas de un valor a otro inferior.
• Limitadores: Limitan la presión de salida a un valor determinado.
• Estabilizadores: Mantienen una presión de salida constante, usados en media y baja presión.
• Válvulas de seguridad: Interrumpen el suministro de gas si la presión es demasiado alta o baja.

Existen diferentes tipos de armarios de regulación según el caudal máximo y la presión de entrada y salida, como el A-6, A-10, A-25, A-50, entre otros. Estos se utilizan en instalaciones domésticas o comerciales, adaptándose al caudal y tipo de instalación.

Contadores

Los contadores de gas miden el volumen consumido en una instalación y deben cumplir con las normas UNE-EN correspondientes según el tipo de contador: de membrana (UNE-EN 1359), de turbina (UNE-EN 12261) y de pistón (UNE-EN 12480). Se identifican con la letra "G" seguida de un número que indica el caudal mínimo en Hm³(n)/h. Los contadores más comunes son los de membrana para caudales pequeños (G-4, G-6, G-16, etc.), mientras que para caudales grandes se usan contadores de pistones o turbinas. Para la centralización de contadores, se deben usar módulos conformes con la norma UNE 60490.

Válvulas de Corte

Los dispositivos de corte de gas se utilizan para interrumpir el suministro en una parte de la instalación. Deben ser bloqueables y precintables en su posición cerrada, y sus dimensiones y conexiones deben cumplir con la Norma UNE 60718. Para diámetros iguales o superiores a DN 100, se deben usar llaves obturadoras esféricas, mariposa u otras de características adecuadas.

Elementos de Conexión con los Aparatos de Consumo a Gas

Las conexiones de los aparatos a gas pueden ser rígidas o flexibles, dependiendo del tipo de aparato. Según la Norma UNE 60670-7, los tubos flexibles se consideran parte de las instalaciones de gas de la 3ª familia (GLP), y su longitud máxima es de 0,80 m para flexibles de elastómero y 1 m para otros tipos. Estos tubos deben conectar la salida de la botella de GLP con la tubería de la instalación.

Tomas de Presión

Las tomas de presión permiten medir la presión en diferentes tramos de las instalaciones receptoras. Existen dos tipos según la presión máxima de operación (MOP): tipo débil calibre (para presiones inferiores a 150 mbar) y tipo Peterson (para presiones superiores). La toma débil calibre tiene un obús con tornillo que regula la salida de gas, mientras que la tipo Peterson tiene un tapón roscado y una membrana perforada por una aguja de toma que cierra automáticamente cuando se retira. Ambos tipos deben cumplir con la Norma UNE 60719.

Tipos de Instalaciones Receptoras de Gas

Instalaciones de Gas Natural Canalizado

Elementos y Características de la Instalación

Presiones: El gas natural se distribuye en las ciudades a través de tuberías enterradas de material plástico (HDPE) en dos tramos de presión: Media Presión A (MPA) entre 50 y 400 mbar, y Media Presión B (MPB) entre 400 mbar y 4 bar. Antes de llegar al aparato de consumo, la presión del gas se reduce a Baja Presión (BP), generalmente a 22 mbar para el suministro doméstico.

Instalaciones Individuales: En una vivienda individual o establecimiento con un solo abonado, la instalación receptora de gas comienza en la llave de acometida, que delimita la propiedad. Desde esta llave hacia el exterior, la instalación es responsabilidad de la empresa suministradora, mientras que desde la llave hacia el interior es responsabilidad del propietario. La tubería enterrada suele ser de polietileno (PE) de 32 mm de diámetro, y la parte exterior, generalmente vertical con tramos horizontales, se fabrica en acero o cobre.

Instalaciones Colectivas: En instalaciones colectivas, como edificios de viviendas o grupos de viviendas unifamiliares, la tubería va desde el armario de regulación hasta la centralización de contadores. Dependiendo del tipo de instalación, se utilizan materiales como acero, cobre (en montajes superficiales) o polietileno (PE) (en tuberías enterradas). La sección de la tubería depende del caudal y la distancia, lo que influye en la pérdida de carga y la velocidad del gas. Además, el "tallo" es el tramo vertical de la instalación, protegido dentro de un tubo metálico para evitar daños.

Armarios de Regulación y Medida

A partir de la llave de acometida, la canalización llega al armario de regulación, que debe estar cerca de la acometida y ser accesible sin escaleras ni equipos auxiliares. Los armarios de regulación se definen por parámetros como el caudal máximo, la presión de salida (generalmente 55 o 22 mbar) y el tipo de conexión. Estos armarios están equipados con una llave tipo RUMA para conectar tuberías de PE de 22 mm y una toma Peterson para realizar pruebas de presión y estanqueidad. Además, los armarios deben contar con una válvula de seguridad de máxima presión (VISmáx). En el caso de los armarios unifamiliares o bifamiliares, también incluyen el contador y la válvula de seguridad de mínima presión (VISmín), y la tubería se extiende hasta el aparato de consumo con una llave de aparato antes de la conexión final.

Instalaciones de Gas Propano Canalizado

Las instalaciones de GLP tienen una estructura similar a las de gas natural, pero con algunas diferencias. La tubería, generalmente subterránea, va desde la válvula de acometida hasta un armario de regulación de GLP individual. Este armario, que incluye una llave Ruma, tiene un equipo de regulación con una presión de entrada de MOP ≤ 5 bar (normalmente a 1,75 bar) y una presión de salida de 150 mbar para un caudal de 4 kg/h. El armario también aloja un contador G-4.

Tras el armario de regulación, se coloca una llave de vivienda y luego se extiende la tubería hasta el aparato, donde se instala otra llave de paso y un regulador de baja presión (37 mbar) con una válvula de seguridad mínima de rearme manual.

Instalación de Gas Propano con Centro de Almacenamiento en Depósito

Instalaciones Colectivas

La diferencia radica en que la llave de acometida se convierte en la llave de salida del centro de almacenamiento, que también funciona como la llave del edificio. A partir de ahí, la instalación sigue el mismo proceso que las instalaciones con propano canalizado.

Instalación para un Solo Usuario

En estos casos, se omite la segunda etapa de regulación (el regulador de 150 mbar) ya que no se instala contador. El consumo se mide directamente en el centro de almacenamiento en kg de gas. Habrá una llave de edificio, que puede ser la del centro de almacenamiento o no, dependiendo de la distancia. En el punto de consumo, se coloca un regulador de 37 mbar y la llave de aparato.

Instalación de Gas Propano con Envases Móviles

Instalación con Batería de Envases Móviles

Los envases pueden ser menores o mayores de 15 kg. Son instalaciones similares a las anteriores. Solo cambian desde la llave del centro de almacenamiento hacia el interior.

Instalación con un Envase Menor de 5 Kg

Se usa exclusivamente para el uso directo con el aparato. Consta de un reductor de presión (conocido como manorreductor) instalado en el envase (botella) y una lira o tubería flexible hasta el aparato.