DEDICATORIA: El presente trabajo está dedicado a todos nuestros seres queridos, quienes día a día nos apoyan para seguir adelante en nuestra carrera profesional y al Ing. Jorge Alejos por habernos guiado en la elaboración del proyecto.
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad de Ingeniería Mecánica - Energía Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica
Proyecto: Diseño y calculo de tuberias: instalaciones internas domiciliarias con gas natural Curso: Profesor:
Mecánica de Fluidos Ing. Jorge Luis Alejos Zelaya
Integrantes: • • • • • • • •
Flores Fillería, Richard Johel Orihuela Espinoza, Oswaldo Fausto Palomino Zavaleta, Joel Erick Yanqui Layme, Milko
CALLAO – PERU 2
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad de Ingeniería Mecánica - Energía Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica
Proyecto: Diseño y calculo de tuberias: instalaciones internas domiciliarias con gas natural Curso: Profesor:
Mecánica de Fluidos Ing. Jorge Luis Alejos Zelaya
Integrantes: • • • • • • • •
Flores Fillería, Richard Johel Orihuela Espinoza, Oswaldo Fausto Palomino Zavaleta, Joel Erick Yanqui Layme, Milko
CALLAO – PERU 2
2009
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INDICE
1.
2.
3.
PÁG. MARCO NORMATIVO……………………………………..4 1.1. Marco legal utilizado en la selección de tuberías…………………………………………………..4 1.2. Normas técnicas peruanas…………………….. .4 UBICACIÓN DEL PROYECTO…………………………..11 MARCO TEÓRICO ……………………………………….11 3.1. Origen del gas natural……………………………11 3.2. Concepto del gas natural………………………..12 3.3. Composición del gas natural……………………12 3.4. Procesamiento del gas natural………………….13 3.5. Plantas de procesamiento……………………….13 3.6. Características técnicas y odorización…………15 3.7. Calidad…………………………………………….15 3.8. Beneficios…………………………………………16 3.9. Principales usos………………………………….17 Consideraciones para el diseño………………..18 3.10.
4.
OBJETIVOS……………………………………………….19
5.
ANALISIS Y METODOLOGÍA DEL CÁLCULO………..19
6.
CONCLUSIONES…………………………………………25
7.
RECOMENDACIONES…………………………………..28
8.
ANEXOS…………………………………………………..29
4
DISEÑO Y CALCULO DE TUBERIAS PARA INSTALACIONES DOMICILIARIAS CON GAS NATURAL 1. MARCO NORMATIVO Para la realización del presente proyecto nos basamos en las normas técnicas peruanas que describiremos a continuación:
1.1 MARCO LEGAL UTILIZADO EN LA SELECCIÓN DE TUBERIAS: El INDECOPI, a través de su Comisión de Reglamentos Técnicos y Comerciales en calidad de Organismo Peruano de Normalización, instaló el 09 de Junio de 1999 el Comité Técnico Permanente de Cobre y sus Aleaciones, Subcomité de Tubos y Accesorios de Cobre, encargando a PROCOBRE PERU la Secretaría del mismo, teniendo la función de la elaboración de los Proyectos de Normas Técnicas Peruanas (PNTP) relacionadas al cobre y sus aleaciones. Son estas normas las cuales han sido utilizadas para llevar a cabo la instalación interna de las tuberías de gas.
1.2 NORMAS TECNICAS PERUANAS USADAS EN LA INSTALACION INTERNA DE GAS NATURAL: NTP 342.052:2000 PARA COBRE Y ALEACIONES DE COBRE: En tubos redondos de cobre, para agua y gas. OBJETO Y CAMPO DE APLICACIÓN: Establece los requisitos, toma de muestras, métodos de ensayo y condiciones de suministro para los tubos de cobre. Se aplica a tubos de cobre redondos sin costura de diámetro exterior comprendido entre 6 mm y 308 mm inclusive, destinados a: - redes de distribución de agua fría o caliente; - redes de distribución de gas y combustibles líquidos; - sistemas de calefacción con agua caliente, incluidos los sistemas de calefacción por suelo radiante; - evacuación de aguas residuales DEFINICIONES: Se establecen las definiciones necesarias para el producto, tales como: Tubo de cobre redondo sin costura: Un producto semi-elaborado de cobre, hueco y de sección transversal circular, con una pared de espesor nominal uniforme, la cual, a través de todas las etapas de producción, tiene un contorno continuo, suministrado en tramos rectos de fabricación o en rollos. Además definiciones aplicables en las operaciones de unión de los tubos con sus accesorios como son: soldadura por capilaridad, soldadura blanda, soldadura fuerte, soldadura no capilar, soldadura por fusión, para el muestreo define lote de producción, y las referidas a las características de los tubos como: diámetro medio, ovalización, excentricidad, y temple o estado de tratamiento.
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DESIGNACION Y ESPECIFICACION PARA PEDIDOS: La NTP indica la designación del material, del temple o estado de tratamiento y del producto. Se establece lo indispensable a ser especificado a fin de facilitar la solicitud, pedido y confirmación del pedido entre el comprador y el vendedor.
NTP 342.520:2000 PARA COBRE Y ALEACIONES DE COBRE: En Método de combustión para la determinación del carbono en la superficie interna de los tubos y accesorios de tubería de cobre. OBJETO Y CAMPO DE APLICACIÓN: La Norma Técnica Peruana especifica un método por combustión para la determinación del contenido en carbono que pudiera estar presente en la superficie interna de los tubos y de los accesorios de tubería de cobre. La Norma Técnica Peruana sólo se aplica a los tubos redondos de cobre especificados en la NTP 342.052 y a los accesorios de tubería de cobre especificados en las NTP correspondientes, sólo cuando sea requerido, previo acuerdo entre el comprador y el proveedor o el fabricante. DEFINICIONES: Se establecen las determinaciones a realizar como son el carbono residual, carbono potencial y carbono total. PRINCIPIO GENERAL: La combustión del carbono presente en la superficie interna de una muestra de un tubo o de un accesorio se realiza a una temperatura determinada, en una corriente de oxígeno. El contenido de carbono se expresa en términos de carbono total, de carbono residual o de carbono potencial. La Norma describe un método de combustión y tres métodos de medición del dióxido de carbono producido. Se determina el contenido en carbono residual, en carbono total o de ambos. El carbono potencial se determina por cálculo (carbono total menos carbono residual). PREPARACION DE LAS MUESTRAS: Se establece la secuencia de operaciones a realizar en función del carbono a determinar, que incluyen la toma de muestras en caso de tratarse de tubos o de accesorios, la limpieza de la superficie interna y externa de la muestra, que puede ser por limpieza química o limpieza mecánica y corte de las probetas sea en tubos o accesorios. METODO DE COMBUSTION DE PRODUCTOS QUE CONTENGAN CARBONO: Se establece que la combustión se lleva a cabo en un tubo de cuarzo por el que se hace circular una corriente de oxígeno de pureza no inferior al 99,995 % y se indica a partir de la acometida del oxígeno, la composición detallada del aparato de combustión. METODOS DE DETERMINACION DEL CONTENIDO EN CARBONO: Se describen tres métodos básicos para la determinación del contenido en carbono: método del hidróxido de tetrabutilamonio (HTBA); método de determinación por medición de la conductividad eléctrica diferencial método de determinación por espectrometría de absorción infrarroja. También se describe el procedimiento para la determinación del blanco, necesario para cada método. • • •
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NTP 342.521:2000 Para COBRE Y ALEACIONES DE COBRE: En Método de Ensayo de corrientes inducidas para tubos. OBJETO: La Norma Técnica Peruana establece un procedimiento para el ensayo con corrientes inducidas de tubos redondos sin costura de cobre y aleaciones de cobre y tiene como objetivo la detección de potenciales puntos de fuga y de serios defectos durante el proceso de producción de los tubos. El método o los métodos de ensayo de corrientes inducidas requeridos conjuntamente con el rango de tamaño y el nivel de aceptación, están definidos en la correspondiente norma del producto. DEFINICIONES: Las definiciones a considerar están en la Norma Europea UNE-EN 1330-5. RESUMEN DEL METODO: Este ensayo generalmente es ejecutado pasando el tubo longitudinalmente a través de una bobina excitada con corriente alterna de una o más frecuencias, la impedancia eléctrica de la bobina es modificada por la proximidad del tubo, las dimensiones, la conductividad eléctrica y la permeabilidad magnética del material y las discontinuidades metalúrgicas o mecánicas. Durante el paso del tubo a través de la bobina, los cambios en respuestas electromagnéticas causadas por estas variables en el tubo, producen señales eléctricas las cuales son procesadas y registradas y pueden activar dispositivos de señales auditivas o visuales o de marcas mecánicas. SIGNIFICADO Y USO: El ensayo de corrientes inducidas es un método no destructivo para determinar discontinuidades en un producto. Las señales pueden ser producidas por discontinuidades ubicadas indistintamente en las superficies externa o interna del tubo o por discontinuidades totalmente contenidas dentro de ellas. Con respecto a las señales obtenidas durante el ensayo, la NTP establece varias advertencias que deben tomarse en cuenta a fin de no efectuar rechazos o aceptaciones incorrectas, considerándolas entonces como señal dudosa a ser verificadas por otro examen u otro método de ensayo. Se hace referencia que el ensayo generalmente es no sensible para las discontinuidades adyacentes a los extremos de los tubos (efecto de extremos) y que discontinuidades como arañaduras o costuras que son continuas y uniformes a todo lo largo de la longitud del tubo pueden ser difíciles de detectar.
NTP-ISO 8491:2000 PARA MATERIALES METALICOS: En Tubos (en sección circular completa). Ensayo de doblado. OBJETO Y CAMPO DE APLICACIÓN: La Norma Técnica Peruana especifica un método para determinar la aptitud a la deformación plástica por doblado de un trozo de tubo metálico de sección circular. El método es aplicable a los tubos de diámetro exterior igual o menor a 65 mm, si bien la gama de diámetros exteriores a la cual se aplica la Norma Técnica Peruana puede quedar definida de manera más explícita en la correspondiente norma del producto.
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Los ensayos de doblado de probetas sacadas de los tubos en forma de bandas transversales se realizan según las prescripciones de la Norma ISO 7438:1985, de modo que aumente la curvatura inicial de la probeta. PRINCIPIO: El ensayo consiste en el doblado de un trozo recto de tubo sobre un mandril de radio especificado (r) con garganta teórica, hasta que el ángulo curvado (a) alcance el valor especificado en la correspondiente norma del producto (véase figura).
Símbolos para el ensayo de doblado SIMBOLOS, DESIGNACION Y UNIDADES Símbolo D e L r a
Designación Unidad Diámetro exterior del tubo mm Espesor de la pared del tubo mm Longitud de la probeta antes del mm ensayo mm Radio interior del mandril al ° (grados) fondo de la garganta Angulo de doblado
PROCEDIMIENTO OPERATIVO: La NTP establece el equipo de ensayo, considerando las piezas que producen la conformación preestablecida, indicándose dimensiones, características geométricas y de acabado del material; también indica la preparación en dimensiones y de conformación que debe reunir la probeta. La interpretación del ensayo se realiza según la norma del producto correspondiente o verificando si en la probeta no se detecta ninguna fisura visible sin emplear ningún método de ampliación. Una ligera fisura de los bordes no debe considerarse como causa de rechazo. Si la correspondiente norma del producto lo específica se debe facilitar un informe de ensayo. La NTP establece la relación de indicaciones que debe contener el Informe de Ensayo. Condiciones: establece las condiciones de temperatura ambiente para llevar a cabo el ensayo, el proceso de conformación de la probeta mediante el mandril del equipo con garganta tórica, hasta alcanzar el ángulo a especificado y las precauciones a tener en cuenta durante el ensayo.
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NTP-ISO 8493:2000 PARA MATERIALES METALICOS: En Tubos y Ensayo de abocardado cónico. OBJETO Y CAMPO DE APLICACIÓN: La Norma Técnica Peruana especifica un método para determinar la aptitud a la deformación plástica por abocardado cónico de tubos metálicos de sección circular. La Norma es aplicable a los tubos de diámetro exterior no mayor que 150 mm (100 mm para los metales ligeros) y de espesor de pared no mayor que 10 mm. La gama de diámetros exteriores o de espesores a los que se aplica la Norma Técnica Peruana puede quedar definida de manera más explícita en la correspondiente norma del producto. PRINCIPIO: El ensayo consiste en ensanchar, con la ayuda de un mandril troncocónico, el extremo de una probeta cortada de un tubo, hasta que el diámetro exterior máximo del tubo así abocardado alcance el valor especificado en la correspondiente norma del producto (véase figura).
Símbolo para el ensayo de abocardado cónico Símbolo D e L Du ß
Designación Unidad Diámetro exterior del tubo mm Espesor de la pared del tubo mm Longitud de la probeta antes del mm ensayo mm Diámetro exterior máximo del ° (grados) abocardado cónico Angulo del cono del mandril
PROCEDIMIENTO OPERATIVO: Similar al descrito en este resumen para la NTP-ISO 8491:2000, diferenciándose sólo en las condiciones que para este ensayo es la siguiente: Condiciones: Establece la temperatura ambiente para llevar a cabo el ensayo, el proceso de conformación de la probeta mediante el mandril del equipo, hasta alcanzar el diámetro exterior máximo de la parte abocardada de la probeta, las precauciones a tener en cuenta durante el ensayo y la velocidad de penetración.
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NTP-ISO 8494:2000 PARA MATERIALES METALICOS: En Tubos y Ensayo de abocardado plano (pestañado). OBJETO Y CAMPO DE APLICACIÓN: La Norma Técnica Peruana especifica un método para determinar la aptitud a la deformación plástica por abocardado hasta doblar formando pestaña en los tubos metálicos de sección circular. La Norma es aplicable a los tubos de diámetro exterior no mayor que 150 mm y de espesor de pared no mayor que 10 mm. La gama de diámetros exteriores o de espesores de pared a los que se aplica la Norma Técnica Peruana puede quedar definida de manera más explícita en la correspondiente norma del producto. PRINCIPIO: El ensayo consiste en formar en el extremo de una probeta recortada de un tubo, una pestaña perpendicular al eje del tubo, hasta que el diámetro exterior de la pestaña alcance el valor especificado en la correspondiente norma del producto. PROCEDIMIENTO OPERATIVO: Similar al descrito en este resumen para la NTP-ISO 8491:2000, diferenciándose sólo en las condiciones que para este ensayo es la siguiente: Condiciones: Establece la temperatura ambiente para llevar a cabo el ensayo, el proceso de conformación de la probeta mediante los mandriles del equipo hasta conformar la pestaña final, las precauciones a tener en cuenta y la velocidad de penetración.
NTP-ISO 6507-1:2000 PARA MATERIALES METALICOS: En Método de ensayo de dureza Vickers. OBJETO: La Norma Técnica Peruana específica el método de ensayo de dureza Vickers para Rangos diferentes de fuerza de ensayo usado en materiales metálicos. El ensayo de dureza Vickers establecido en la Norma Técnica Peruana es para las diagonales de indentación de longitudes comprendidas entre 0,020 mm y 1,400 mm. PRINCIPIO: Un penetrador normalizado de diamante, en forma de una pirámide recta con una base cuadrada y con un ángulo especificado entre dos caras opuestas al vértice es forzado contra la superficie de una pieza de ensayo seguido por la medición de la longitud de las diagonales de la indentación dejada en la superficie después de retirar la fuerza de ensayo, F. La dureza Vickers es proporcional al cociente obtenido de dividir la fuerza de ensayo entre el área de la superficie de indentación, la cual se asume que corresponde a una pirámide recta de base cuadrada, teniendo en el vértice el mismo ángulo que el indentador. La designación de la dureza Vickers es por el símbolo HV precedido por el valor de dureza y seguido por: a) Un número que representa la fuerza de ensayo. b) La duración de la carga en segundos, si es que se ha utilizado un tiempo diferente al especificado en la NTP para duración normal.
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PROCEDIMIENTO: La NTP establece la referencia de la máquina de ensayo, del indentador y del dispositivo de medición que es de conformidad a la Norma Internacional ISO 6507-2. Para la pieza de ensayo se establece la preparación de la superficie, las precauciones para evitar alteraciones de la dureza, la consideración del espesor de la pieza y para el caso de superficies curvas, que es el de tubos, se indica que se apliquen correcciones dadas en tablas incluidas en la NTP. En el procedimiento se establece las condiciones de temperatura ambiente para llevar a cabo el ensayo, las fuerzas de ensayo que deben ser usadas, el proceso desde la colocación firme de la pieza a ensayar, la aplicación del indentador hasta alcanzar el valor de la fuerza especificada y el tiempo de aplicación de la fuerza, las distancias de aplicación de las indentaciones con relación a los bordes de la pieza y las distancias entre centros de indentación y por último la medición de la longitud de las diagonales para el cálculo de la dureza. La NTP establece facilitar un Informe de Ensayo señalando la relación de indicaciones que debe contener. Tablas de factores de corrección a ser usados en los ensayos hechos sobre superficies curvas Para superficies cilíndricas se incluyen tablas en la NTP que indican factores de corrección para determinar la dureza así como ejemplos de cálculo.
NTP-ISO 6892:2000 PARA MATERIALES METALICOS: En Ensayo de Tracción a temperatura ambiente. OBJETO: La Norma Técnica Peruana especifica el método de ensayo de tracción a la temperatura ambiente de los materiales metálicos y define las propiedades mecánicas que pueden determinarse con este ensayo. PRINCIPIO DEL METODO: El ensayo consiste en someter una probeta a un esfuerzo de tracción, generalmente hasta la rotura, para determinar una o varias de las características definidas de la Norma. Salvo alguna especificación para indicar lo contrario, el ensayo se lleva a cabo a la temperatura ambiente, es decir entre 10 °C y 35 °C. Para los ensayos que deban realizarse en condiciones controladas, la temperatura ambiente deberá mantenerse a (23 +/- 5) °C. DEFINICIONES: Se definen todas las características que se presentan en la realización del ensayo de tracción, desde las que se necesitan para preparar las probetas de ensayo y aquellas que establecen las propiedades mecánicas a determinar. PROBETAS: Se establece la forma y dimensiones de las probetas, los tipos y preparación de los mismos, la determinación del área de la sección inicial y el detalle de la longitud inicial entre las marcas. CONDICIONES PARA LA REALIZACION DEL ENSAYO: Se dan las prescripciones a las que debe ajustarse según la naturaleza del producto, la velocidad de la máquina así como los métodos de sujeción. También se indica la precisión de los dispositivos de ensayo. 11
DETERMINACION DE LAS PROPIEDADES MECANICAS: Se establece los procedimientos para la determinación del: Alargamiento porcentual después de la rotura Alargamiento porcentual total a fuerza máxima. Límite elástico convencional. Límite elástico de extensión total. Porcentaje de reducción de área (estricción) INFORME DE ENSAYO Se facilita un Informe señalando la relación de los datos que debe contener.
2. UBICACIÓN DEL PROYECTO El presente proyecto fue tomado como referencia en el domicilio uno de los integrantes del grupo de trabajo, situado en el distrito de San Martin de Porres, con dirección: Av. San Francisco de Cayrán Mz. D Lote 4 Calle 8, referencia; cruce de Av. Universitaria y Av. Antúnez de Mayolo (Véase plano de ubicación)
3. MARCO TEORICO 3.1 ORIGEN DEL GAS NATURAL: El descubrimiento del gas natural data desde la antigüedad en el Medio Oriente. Hace miles de años, se pudo comprobar que existían fugas de gas natural que prendían fuego al contacto con alguna chispa o similar, dando lugar a las llamadas "fuentes ardientes". En Persia, Grecia o la India, que levantaron templos para prácticas religiosas alrededor de estas "llamas eternas". Sin embargo, estas civilizaciones no reconocieron inmediatamente la importancia de su descubrimiento. Fue en China, alrededor del año 900 antes de nuestra era, donde se comprendió la importancia de este producto. Los chinos perforaron el primer pozo de gas natural que se conoce en el año 211 antes de nuestra era. En Europa no se conoció el gas natural hasta que fue descubierto en Gran Bretaña en 1659, aunque no se empezó a comercializar hasta 1790. En 1821, los habitantes de Fredonia (Estados Unidos) observaron burbujas de gas que remontaban hasta la superficie en un arroyo. William Hart, considerado como el "padre del gas natural", excavó el primer pozo norteamericano de gas natural. En 1890, se produjo un importante cambio con la invención de las juntas a prueba de fugas en los gasoductos. El transporte del gas natural a grandes distancias se generalizó en el transcurso de los años veinte, gracias a las mejoras tecnológicas aportadas a los gasoductos. Después de la segunda guerra mundial, el uso del gas natural creció rápidamente como consecuencia del desarrollo de las redes de gasoductos y de los sistemas de almacenamiento. En los primeros tiempos de la exploración del petróleo, el gas natural era frecuentemente considerado como un subproducto sin interés que impedía el trabajo de los obreros forzados a parar de trabajar para dejar escapar el gas natural descubierto en el momento de la perforación. Hoy en día, en particular a partir de las crisis petroleras de los años 70, el gas natural se ha convertido en una importante fuente de energía en el mundo. 12
3.2 CONCEPTO DE GAS NATURAL: Es un combustible gaseoso constituido por una mezcla de hidrocarburos livianos cuyo componente principal es el metano (CH4). 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 disminuyendo el riesgo en su uso; a diferencia del GLP que es mas pesado que el aire y no se disipa fácilmente. El gas natural no requiere de almacenamiento en cilindros o tanques, se suministra por tuberías en forma similar al agua potable.
3.3 COMPOSICIÓN DEL GAS NATURAL: El gas natural se puede encontrar en forma "asociado", cuando en el yacimiento aparece acompañado de petróleo, o gas natural "no asociado" cuando está acompañado únicamente por pequeñas cantidades de otros hidrocarburos o gases. La composición del gas natural incluye variedad de hidrocarburos gaseosos, con predominio del metano, por sobre el 90%, y en proporciones menores etano, propano, butano, pentano y pequeñas proporciones de gases inertes como dióxido de carbono y nitrógeno. La composición del gas varía según el yacimiento.
Componente Nomenclatura Composición (%)
Estado Natural
Metano
CH4
95,08
Gas
Etano
C2H4
2,14
Gas
Propano
C3H8
0,29
Gas licuable (GLP)
Butano
C4H10
0,11
Gas licuable (GLP)
Pentano
C5H12
0,04
líquido
Hexano
C6H14
0,01
líquido
N2
1,94
Gas
CO2
0,39
Gas
Nitrógeno Gas Carbónico
TABLA. Composicion quimica del gas natural
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Composición del Gas Natural Impurezas como son, el helio, oxígeno, vapor de agua. Las propiedades del gas natural según la composición del cuadro anterior son: Densidad Relativa : 0,65 Poder Calorífico : 9.032 kcal/m3 Cp (presión cte) : 8.57 cal/mol.ºC Cv (volumen cte) : 6.56 cal/mol.ºC
• • • •
3.4 PROCESAMIENTO DEL GAS NATURAL: El gas natural se envía a plantas de procesamiento de gas para producir gas natural de calidad y líquidos del gas. El gas natural se transporta y distribuye hasta los usuarios finales por medio de ductos de acero de diámetros variables. Para poder comprimir y transportar grandes distancias es conveniente separar los componentes más pesados, como el hexano, pentano, butanos y propanos y en ocasiones etano, dando lugar estos últimos a las gasolinas naturales o a los líquidos de gas natural, para lo cual se utilizan los procesos de absorción o criogénicos. Las estaciones de compresión proveen la energía necesaria para hacer llegar el gas natural a través del territorio nacional. Para que un consumidor tenga acceso al gas natural es necesario que interconecte sus instalaciones al sistema de transporte existente, o a una red de distribución cercana.
3.5 PLANTAS DE PROCESAMIENTO DE GAS NATURAL EN PERU: Plantas en las cuales se procesa gas natural para recuperar líquidos así como t ambién azufre y otras impurezas que posea el gas natural. Actualmente, en el país se han establecido cuatro plantas de procesamiento de gas natural, constituido de la siguiente manera: Aguaytía Energy del Perú S.R.L. - Planta de Procesamiento y Fraccionamiento de Gas Natural. Graña y Montero Petrolera. - Planta de Gas Natural Verdún y Pariñas. (Piura).
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Pluspetrol Perú Corporation S.A. - Planta de Separación de Gas Natural, Las Malvinas y Planta de Fraccionamiento de Líquidos de Gas Natural, Pisco. Procesadora de Gas Pariñas S.A.C. - Planta Criogénica de Gas Natural.
PLANTA DE CAMISEA
PLANTA DE AGUAYTIA
PLANTA PLUSPETROL
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PLANTA PARIÑAS
3.6 CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS Y ODORIZACIÓN: El gas natural es incoloro, inodoro, insípido, sin forma particular y más ligero que el aire. Se presenta en su forma gaseosa por debajo de los -161ºC. Por razones de seguridad, se le añade mercaptan, un agente químico que le da un olor a huevo podrido, con el propósito de detectar una posible fuga de gas. La naturaleza de la mezcla de hidrocarburos ligeros compuesta principalmente de metano, etano, propano, butanos y pentanos y otros componentes tales como el CO2, el helio, el sulfuro de hidrógeno y el nitrógeno se encuentran también en el gas natural. La composición del gas natural nunca es constante, sin embargo, se puede decir que su componente principal es el metano (como mínimo 90%). Posee una estructura de hidrocarburo simple, compuesto por un átomo de carbono y cuatro átomos de hidrógeno (CH4). El metano es altamente inflamable, se quema fácilmente y casi totalmente y emite muy poca contaminación. El gas natural no es ni corrosivo ni tóxico, su temperatura de combustión es elevada y posee un estrecho intervalo de inflamabilidad, lo que hace de él un combustible fósil seguro en comparación con otras fuentes de energía. Además, por su densidad de 0,60, inferior a la del aire (1,00), el gas natural tiene tendencia a elevarse y puede, consecuentemente, desaparecer fácilmente del sitio donde se encuentra por cualquier grieta. A una presión atmosférica normal, si el gas natural se enfría a una temperatura de 161°C aproximadamente, se condensa bajo la forma de un líquido llamado gas natural licuado (GNL). Un volumen de este líquido ocupa casi 600 veces menos espacio que el gas natural y es dos veces menos pesado que el agua (45% aproximadamente). Es inodoro, incoloro, no es corrosivo ni tóxico .Cuando se evapora se quema solamente en concentraciones del % al 15% mezclado con el aire. Ni el GNL ni su vapor pueden explotar al aire libre. Puesto que el gas natural licuado ocupa menos espacio, el gas natural se licúa para facilitar su transporte y almacenaje. El gas natural es considerado como un combustible limpio. Bajo su forma comercializada, casi no contiene azufre y virtualmente no genera dióxidos de azufre (SO2). Sus emisiones de óxidos de nitrógeno (No) son menores a las generadas por el petróleo y el carbón. Las emisiones de dióxido de carbono (CO2) son inferiores a la de otros combustibles fósiles (según Eurogas emite 40 a 50% menos que el carbón y 25 a 30% menos que el petróleo).
3.7 CALIDAD DEL GAS NATURAL: El gas natural se mide en metros cúbicos a condiciones estándar 1.013 Bar y 15ºC. El poder calorífico del gas natural es variable y depende de su composición: cuanto mayor sea la cantidad de gases no combustibles que contenga, menor será el valor Kcal. Además, la masa volumétrica de los diferentes gases combustibles influye sobre el valor Kcal de la napa de gas natural. Cuanto mayor sea la masa, mayor será la cantidad de átomos de carbono para el gas considerado y, por consiguiente, mayor será su valor en Kcal. 16
Diversos análisis sobre el valor Kcal del gas natural son realizados en cada etapa de la cadena del producto. Se utilizan para esto analizadores con proceso cromatográfico del gas, para poder realizar análisis fraccionales de las corrientes de gas natural, separando el gas natural en sus componentes identificables. Los componentes y sus concentraciones se convierten en valor calorífico bruto en Kcal. /m3 por metro cúbico. La composición del gas natural varía según la zona geográfica, la formación o la reserva de la que es extraído. Los diferentes hidrocarburos que forman el gas natural pueden ser separados utilizando sus propiedades físicas respectivas (peso, temperatura de ebullición, presión de vaporización). Normalmente, el gas natural tal cual se presenta después de su extracción no se puede transportar, ni tiene una utilización comercial, pues necesita antes una primera transformación. El gas natural comercializable se compone casi exclusivamente de metano y de etano, excluyendo las impurezas que como la humedad deben ser removidas del gas natural bruto. El transporte por gasoductos impone a su vez reglas sobre la calidad del gas natural. En cualquier caso, el gas natural debe ser tratado con el fin de eliminar el vapor de agua, los sólidos y los otros contaminantes y separarlo de ciertos hidrocarburos cuyo valor es más elevado como producto separado que como producto mezclado. La normatividad peruana vigente especifica que el gas natural deberá ser entregado por el concesionario en las siguientes condiciones: a) Libre de arena, polvo, gomas; aceites, glicoles y otras impurezas indeseables. b) No contendrá más de tres miligramos por metro cúbico (3mg/m3 (st)) de sulfuro de hidrógeno, ni más de quince miligramos por metro cúbico (15mg/m3 (st)) de azufre total. c) No contendrá dióxido de carbono en más de tres y medio por ciento (3.5%) de su volumen y una cantidad de gases inertes totales no mayor de seis por ciento (6%) de su volumen; entendiéndose como gases inertes a la suma del contenido de nitrógeno y otros gases diferentes al dióxido de carbono. d) Estará libre de agua en estado líquido y contendrá como máximo sesenta y cinco miligramos por metro cúbico (65mg/m3 (st)) de vapor de agua. e) No superará una temperatura de cincuenta grados centígrados (50º C). f) Con un contenido calorífico bruto comprendido entre 8 450 Kcal. /m3 y 10300 Kcal. /m3 (st).
3.8 BENEFICIOS DEL GAS NATURAL: Hoy en día el gas natural es la elección de energía ambiental. El uso del gas natural puede ayudar a evitar muchas de las preocupaciones a nivel ambiental incluyendo la contaminación, la lluvia ácida y las emisiones de gas efecto invernadero. Su composición química simple y natural hace que el gas natural sea un combustible inherentemente limpio y eficiente: tiene menos emisiones que el carbón o el petróleo, que no se queman del todo y así son llevadas a la atmósfera. Por el contrario, la combustión del gas natural prácticamente no tiene emisiones atmosféricas de dióxido, y muchas menos emisiones de monóxido de carbón, hidrocarburos reactivos, óxidos de nitrógeno y dióxido de carbono que la combustión de otros combustibles fósiles.
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Además, el gas natural tiene un precio de mercado menor al de cualquier otro combustible fósil, es seguro, reduce los costos de mantenimiento, y aumenta la eficiencia en el proceso de generación.
3.9 PRINCIPALES USOS DEL GAS NATURAL: El gas natural es una fuente de energía en abundancia; en nuestro país existen reservas importantes de gas natural que garantizan su disponibilidad a bajo costo para los próximos 50 años. Es el combustible que menos contamina, no ensucia los utensilios, calienta con rapidez y al ser suministrado por tubería se le utiliza en la medida que se le necesita; proporcionando un elevado grado de confort en los hogares y establecimientos comerciales tales como restaurantes, panaderías, hoteles, hospitales y oficinas. Tanto en el hogar como en los locales comerciales, el gas natural puede utilizarse para cocinar, obtener agua caliente, secar y en la calefacción de ambientes. Para suministrar gas natural a las viviendas y locales comerciales, en forma similar al agua potable, se debe instalar una tubería de servicio que conecte la red de distribución ubicada en la calle o avenida a través de una caja registradora donde se reduce la presión y se verifica el consumo de los usuarios. Las tuberías de conexión están enterradas y equipadas con dispositivos de seguridad. Las viviendas y establecimientos comerciales que tienen instalaciones de gas natural incrementan su valor, debido a que cuentan con un servicio continuo de energía adicional al suministro eléctrico.
Imagen. Presentación de la instalación de gas natural en una vivienda
1.
Cocción de alimentos.-
La cocción de alimentos con gas natural, es la alternativa más ventajosa, respecto a otros combustibles tales como el kerosene, el GLP, la leña y el carbón; así como también la energía eléctrica. Las cocinas a gas natural permiten un menor gasto; usted
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gastará menos que si utiliza cocinas eléctricas o cocinas que operan con otro tipo de combustible como por ejemplo el GLP o el kerosene.
2.
Calefacción.-
El gas natural también permite calentar los ambientes de los hogares o locales comerciales, alcanzando un confort a bajo costo en los períodos de bajas temperaturas, con equipos que pueden adaptarse a todas las necesidades. Para poder disfrutar de la calefacción a gas natural se debe instalar, en las habitaciones que se desee, un radiador, el cual producirá calor sin consumir el aire interior ni alterar la estética de la vivienda o establecimiento. Los sistemas de calefacción con gas natural proporcionan la flexibilidad necesaria para satisfacer cualquier necesidad. Estos sistemas ofrecen soluciones para el confort de cualquier espacio; desde habitaciones pequeñas hasta edificios que pueden ser: hospitales, escuelas, oficinas, hoteles, etc. 3.
Calentamiento de agua.-
El agua, elemento indispensable en una vivienda, se puede calentar mediante diversos aparatos conocidos comúnmente como calentadores o termas. Los calentadores a gas natural producen agua caliente al instante, sin límite y a bajo costo. Entran en funcionamiento sólo cuando se necesita, permitiéndose con ello un máximo ahorro. Básicamente existen tres tipos de calentadores: Los de producción instantánea, que calientan el agua en la medida que se consume. Los de acumulación, que varían según su capacidad y tiempo de calentamiento; este tipo de calentadores tienen una reserva de agua caliente que se mantiene a una temperatura determinada. Las calderas mixtas de doble función, que brindan dos tipos de servicios en la vivienda: agua caliente y calefacción por radiadores de agua. •
•
•
3.10 CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO DE UNA INSTALACION DE GAS NATURAL EN UNA VIVIENDA
Definir cuales son los puntos de entrega del gas. Definir el recorrido de la tubería desde la acometida hasta cada artefacto (considerando si la tubería de cobre se instalará de forma subterránea o aérea). No deberán proyectarse tuberías en inmediaciones de otras instalaciones que puedan causar daños (cables eléctricos, tubería de agua y desagüe, etc). Las tuberías de cobre seleccionadas deben cumplir con las normas técnicas peruanas. Al unir las tuberías de cobre se deberá utilizar una soldadura adecuada con una temperatura de fusión mayor a: 450 ºC. Se utilizará soldadura fuerte por capilaridad para unir tuberías de cobre con sus accesorios.
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Las tuberías expuesta debe pintarse de amarillo, si es instalada contra una pared deberá estar como mínimo a 5 cm. Del suelo para evitar el contacto con algún liquido. Para la puesta en marcha de la instalación debe ser realizada por una empresa calificada
Imagen. Esquema generalizado de la instalación de gas interna domiciliaria
4. OBJETIVOS a.
Dar a conocer y crear conciencia en las personas sobre los beneficios del gas natural como combustible energético en el caso del uso doméstico.
b. Informar a la población que sería mucho mejor el uso del gas natural a comparación del petróleo o gasolina, ya que es más económico, más seguro, más práctico y menos contaminante. c.
Hacer que la gente se interese más en este tema del gas natural en las viviendas, ya que la gente no está informada de todos los beneficios que nos puede ofrecer este gas.
d. Realizar un proyecto que nos sirve como base para elaborar futuros proyectos relacionados con el uso del gas natural. e. Estar preparados y capacitados para la llegada del gas natural a nuestras viviendas.
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5. ANALISIS Y METODOLOGIA DEL CÁLCULO A continuación se da una secuencia de cómo se realizo el análisis y el cálculo de diámetros para cada tramo de tubería para poder hallar su designación correspondiente mediante el uso de una tabla que esta normada según la norma técnica peruana 111.0111: Gas Natural Seco. Usando la ecuación: Renouard Lineal: *
φ (mm)
= 4.82
232000 * S GN * FS * L * Q
1.82
…(1)
∆ P
DONDE: SGN: Densidad relativa del Gas Natural (0.65) ∆P: Caída de Presión Máxima en las Tuberías (15 mmca) Q : Consumo (m3 / h) Teniendo en cuenta que: Q
Potencia Calorifica =
Poder calorifico interior
(m3 / h)
… (2)
L*: (LREAL + LEQUIV.) m Φ : DIÁMETRO INTERIOR (mm) FS: FACTOR DE SIMULTANEIDAD = 4
PARA EL TRAMO A-B: L= 5.5 m
(véase plano de distribución)
ENTONCES L* = 1.2L = 6.6 m
LUEGO: Pot. Calorífica = 3000 Kcal. /h (CALEFACTOR) Usando la ecuación (2): Q A-B = 0.3 m3 / h Reemplazando en (1):
Φ= 6.35 mm
Luego usando la tabla normada por la NTP 111.0111 se obtiene que la designación es: ¾” Presupuesto para el tramo A-B:
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5.5 metros de TUBERIA DE COBRE TIPO L ¾”: 2 codos 90ª cobre ¾”: S/. 2.8 1 válvula de corte 3/4: S/. 9 Varilla de cobre para soldar: S/. 3.9
S/. 91
Luego Costo total para el tramo A-B: S/.106.7
PARA EL TRAMO B-C: L= 3
(véase plano de distribución)
ENTONCES L* = 3.6
LUEGO: Pot. Calorífica = 8300 Kcal. /h (COCINA) Usando la ecuación (2): Q B-C = 0.83 m3 / h Reemplazando en (3):
Φ= 8.23 mm
Luego usando la tabla normada por la NTP 111.0111 se obtiene que la designación es: ¾” Presupuesto para el tramo B-C: 3 metros de TUBERIA DE COBRE TIPO L ¾”: S/. 32.9 1 codos 90ª cobre ¾”: S/. 1.4 1 válvula de corte 3/4: S/. 9 1 Varilla de cobre para soldar: S/. 3.9
Luego Costo total para el tramo B-C: S/. 47.2
PARA EL TRAMO B-D: L= 0.8
(véase plano de distribución)
ENTONCES L* = 0.96
LUEGO: Pot. Calorífica = 11300Kcal. /h (COCINA) Usando la ecuación (2): Q B-C = 1.13 m3 / h Reemplazando en (3):
Φ= 7.03 mm
Luego usando la tabla normada por la NTP 111.0111 se obtiene que la designación es: 1/2” Presupuesto para el tramo B-D: 0.8 metros de TUBERIA DE COBRE TIPO L 1/2”: S/. 8.8 2 tees ½: S/. 3.8 22
1 Varilla de cobre para soldar: S/. 3.9
Luego Costo total para el tramo B-D: S/. 16.5
PARA EL TRAMO D-E: L= 0.5
(véase plano de distribución)
ENTONCES L* = 0.6
LUEGO: Pot. Calorífica = 800 Kcal. /h Usando la ecuación (2): Q B-C = 0.8 m3 / h Reemplazando en (3):
Φ= 5.59 mm
Luego usando la tabla normada por la NTP 111.0111 se obtiene que la designación es: 1/2” Presupuesto para el tramo B-D: 0.5 metros de TUBERIA DE COBRE TIPO L 1/2”: S/. 5.49 1 codos 90ª cobre 1/2”: S/. 1.2 1 válvula de corte: S/. 8.7 1 Varilla de cobre para soldar: S/. 3.9
Luego Costo total para el tramo D-E: S/. 19.29
PARA EL TRAMO D-F: L= 8.35
(véase plano de distribución)
ENTONCES L* = 10.02
LUEGO: Pot. Calorífica = 19300 Kcal. /h Usando la ecuación (2): Q B-C = 1.93 m3 / h Reemplazando en (3):
Φ= 13.99 mm
Luego usando la tabla normada por la NTP 111.0111 se obtiene que la designación es: 1” Presupuesto para el tramo D-F: 8.35 metros de TUBERIA DE COBRE TIPO L 1”: S/. 173.9 4 codos 90ª cobre 1”: S/ 6.4 1 válvula de corte 1: S/. 9.3 23
2 tee: S/. 4.2 6 Varilla de cobre para soldar: S/ 23.4
Luego Costo total para el tramo D-F: S/. 217.2
PARA EL TRAMO F-G: L= 6.05
(véase plano de distribución)
ENTONCES L* = 7.26
LUEGO: Pot. Calorífica = 300 Kcal. /h Usando la ecuación (2): Q B-C = 0.3 m3 / h Reemplazando en (3):
Φ= 6.48 mm
Luego usando la tabla normada por la NTP 111.0111 se obtiene que la designación es: 3/4” Presupuesto para el tramo F-G: 6.05 metros de TUBERIA DE COBRE TIPO L 3/4”: S/. 100.7 2 codos 90ª cobre 3/4”: S/. 2.8 1 válvula de corte 3/4: S/. 9 3 Varilla de cobre para soldar: S/. 11.7
Luego Costo total para el tramo F-G: S/. 124.2
PARA EL TRAMO F-N: L= 11.2
(véase plano de distribución)
ENTONCES L* = 13.44
LUEGO: Pot. Calorífica = 22300 Kcal. /h Usando la ecuación (2): Q B-C = 2.23 m3 / h Reemplazando en (3):
Φ= 15.7 mm
Luego usando la tabla normada por la NTP 111.0111 se obtiene que la designación es: 1 1/4” Presupuesto para el tramo N-F: 11.2 metros de TUBERIA DE COBRE TIPO L 1 1/4”: S/. 313.4 2 codos 90ª cobre 1 1/4”: S/. 3.6 1 válvula de corte 1 1/4: S/. 9.5 24
2 Varilla de cobre para soldar: S/ 7.8
Luego Costo total para el tramo N-F: S/. 334.3
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ACCESORIOS
DESIGNACION
UNIDADES PRECIO UNITARIO
TUBOS
TUBO ½´´ TUBO ¾´´ TUBO 1´´ TUBO 1 ¼´´
1.3 m 14.85 m 8.35 m 11.2 m
S/.10.98 /m S/.16.65 /m S/.22.32 /m S/.27.98 /m
VARILLA DE SOLDAR
VARILLA DE SOLDAR
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S/. 3.90
CODO
CODO SOLDADO CODO SOLDADO CODO SOLDADO CODO SOLDADO ´´
1 5 4 2
S/.1.20 S/.1.40 S/.1.60 S/.1.80
TEE
TEE SOLDADO 3/4x1/2x3/4´´ TEE SOLDADO 1/2x1/2x1´´ TEE SOLDADO 1x1x1´´ TEE SOLDADO 1x3/4x1 1/4´´
1 1 1 1
S/.2.10 S/.2.00 S/.2.10 S/.2.20
VALVULA DE BOLA
VALVULA DE ½´´ VALVULA DE ¾´´
1 3
S/.8.70 S/.9.00
VALVULA DE CORTE
VALVULA DE 1 ¼´´
1
S/.9.50
JUNTA
JUNTA DE 1 ¼ ´´
1
S/. 1.00
½´´ ¾´´ 1´´ 1¼
Tabla. Accesorios y sus respectivos costos
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TRAMO
L (m)
L* (m)
A-B
5.5
6.6
B-C
3
B-D
Q (m3 /h)
Diámetros
Accesorios
Calculado (mm)
Normalizado (pulg)
Codos
Tees
Válvulas
COSTOS S/.
0.3
6.35
3/4
2
-
1
106.7
3.6
0.83
8.23
3/4
1
-
1
47.2
0.8
0.96
1.13
7.03
1/2
-
2
-
16.5
D-E
0.5
0.6
0.8
5.59
1/2
1
-
1
19.29
D-F
8.35
10.02
1.93
13.99
1
4
2
-
217.2
F-G
6.05
7.26
0.3
6.48
3/4
2
-
1
124.2
F-N
11.2
13.44
2.23
15.7
1 1/4
2
-
1
334.3
TOTAL 35.4 42.48
7.52
12
4
5
865.1
TABLA. Detalles de cada tramo (longitud, caudal, accesorios, costos)
COSTO TOTAL DE MATERIALES: S/. 865.1 MANO DE OBRA: S/. 865.1 GASTOS GENERALES: S/. 100 TOTAL: S/. 1830.2
6. CONCLUSIONES En la actualidad se busca un combustible que pueda satisfacer las necesidades energéticas del hambre, como poder usar un sistema de calefacción o colocar estufas a gas en nuestros hogares, pero los combustibles que se utilizaban como el petróleo, la leña, el carbón o el kerosene, resultaban no ser muy económicos y a la vez eran contaminantes; es por eso que surge la necesidad de utilizar el gas natural. •
Con motivos de seguridad al gas se le añade un agente químico llamado mercaptan, que le da un olor a huevo podrido, con el propósito de detectar una posible fuga de gas. •
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El uso del gas natural puede ayudar a evitar muchas de las preocupaciones a nivel ambiental incluyendo la contaminación, la lluvia ácida y las emisiones de gas efecto invernadero. Toda instalación de tuberías deberá pasar una prueba de hermeticidad, la cual se realizará mediante una prueba con fluidos (aire, nitrógeno u otro gas inerte, pero no oxígeno u otro gas combustible), incrementándose la presión gradualmente (se pondrá a prueba a una presión de 1.5 veces la presión máxima admisible de operación, como mínimo 150 milibar, durante mínimo 2 horas). •
•
En una vivienda: En una vivienda que consume 2 balones de GLP por mes gasta actualmente S/.66 Nuevos Soles mensuales; para generar la misma cantidad de energía calorífica con otros combustibles, gastará:
UTILIZANDO
GASTO (Nuevos Soles / Mes)
Electricidad
86
GLP
66
Kerosene
51
Gas Natural
33
Carbón
22
Leña
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TABLA. Gastos comparativos entre diferentes elementos utilizados como combustible
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Si bien resulta más barato utilizar carbón o leña; el gas natural es un combustible moderno que brinda mayores facilidades, siempre esta disponible, contiene menor grado de contaminación y se paga después de consumirlo.
VENTAJAS QUE OFRECE EL GAS NATURAL: 1. Económico El gas natural es el combustible de menor precio y permite obtener un ahorro sustancial en relación con otros combustibles. Con el gas natural usted pagará su consumo después de utilizarlo; no tendrá la necesidad de pagar por adelantado. El Estado Peruano, por intermedio del Ministerio de Energía y Minas y OSINERG, garantiza la calidad del servicio que recibe el usuario a un bajo costo.
2. Seguro El gas natural proporciona la seguridad que usted busca para su familia o establecimiento comercial. No es tóxico ni corrosivo, y se disipa rápidamente a la atmósfera cuando hay alguna fuga, de esta forma se minimizan los riesgos en su uso. El gas natural no tiene color ni olor por lo que, como medida de seguridad, se le adiciona un odorizante con la finalidad de detectarlo fácilmente mediante un olor característico
3. Brinda comodidad Como el gas natural llega por tubería, se dispone del servicio las 24 horas y los 365 días del año. De esta forma se evita tener que almacenarlo en tanques o cilindros, disfrutando de un suministro continuo, similar al servicio de agua, electricidad y teléfono de cualquier ciudad moderna.
4. Combustible ecológico, limpio y menos contaminante La toma de conciencia de la degradación del medio ambiente causada por las emisiones de gases de escape de origen vehicular, ha inducido a la búsqueda de combustibles más "limpios". El gas natural es el combustible que menos contamina el ambiente, debido a que en su combustión no se generan gases tóxicos, cenizas ni residuos. Su transporte y distribución se realiza mediante tuberías subterráneas por lo que no daña el paisaje ni atenta contra la vida animal o vegetal. A diferencia del GLP, que en nuestro país es distribuido principalmente en balones haciendo uso de vehículos pesados que circulan constantemente por la ciudad incrementando el tráfico, deteriorando el pavimento y contaminando el ambiente. Con el gas natural usted cuida su salud, la de su familia y también su ciudad.
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7. RECOMENDACIONES Para su tranquilidad, sólo tiene que seguir estas simples recomendaciones:
¿QUÉ HACER SI HUELE A GAS? En caso de sentir el olor a gas:
NO ENCIENDA, ni accione interruptores ni aparatos eléctricos.
NO FUME, ni encienda ningún tipo de flama.
VENTILE la habitación abriendo puertas y ventanas.
CIERRE las llaves de paso de gas natural.
LLAME a su distribuidor de gas natural.
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