Cálculo de tuberías de gas propano: fórmulas de Renouard aplicadas a una instalación receptora real

El cálculo de tuberías en instalaciones receptoras de gas es uno de esos temas que genera dudas recurrentes, en parte porque mezcla conceptos termodinámicos, fórmulas empíricas con unidades no convencionales y requisitos reglamentarios que no siempre están bien interiorizados. En este vídeo resolvemos el siguiente caso: una instalación de GLP propano que alimenta un único aparato —una caldera de gas— a través de dos tramos de tubería con presiones de trabajo diferentes.

El esquema de la instalación

El punto de partida es un armario de regulación con contador, a cuya salida disponemos de una presión regulada de 150 milibares. Este valor, aunque correcto, está en el límite alto de lo habitual; lo normal en instalaciones domésticas es trabajar con presiones de medida más próximas a la presión de utilización del aparato (20 mbar para gas natural, 37 mbar para propano). Repasaremos por qué esta presión alta tiene implicaciones contractuales que conviene aclarar antes de que la instalación entre en servicio.

Desde ese punto de 150 mbar, la tubería llega hasta un regulador de segunda etapa que reduce la presión a 37 mbar, y desde ahí un segundo tramo alimenta directamente la caldera. Son dos tramos independientes que deben calcularse con fórmulas diferentes: el tramo de 150 mbar requiere la fórmula de Renouard cuadrática, mientras que el tramo de 37 mbar se calcula con la fórmula de Renouard lineal. Veremos cuándo corresponde aplicar cada una y cuál es el criterio de transición recomendado.

Potencia de diseño y simultaneidad: lo que dice el reglamento

Antes de calcular, hay que definir correctamente la demanda. En este caso la caldera tiene una carga térmica nominal de 24 kW, pero existe un requisito reglamentario que muchos pasan por alto: ninguna instalación receptora de gas puede calcularse para menos de 30 kW, que es el valor mínimo del grado 1 de gasificación. Revisaremos este punto con detalle y también las reglas de simultaneidad que aplican cuando hay varios aparatos de gas en el mismo local o en una vivienda.

PCI y PCS: una distinción que afecta al cálculo del caudal

Uno de los detalles más habituales de confusión en este tipo de cálculos es la diferencia entre el poder calorífico inferior (PCI) y el poder calorífico superior (PCS). Esta diferencia, de aproximadamente un 10 % para los gases de la familia del propano y el butano, debe tenerse en cuenta al calcular el caudal. Analizaremos cómo se incorpora este factor en la hoja de cálculo y por qué ignorarlo puede llevar a subestimar el caudal de diseño.

La fórmula de Renouard cuadrática: estructura y unidades

La fórmula de Renouard cuadrática relaciona la diferencia entre los cuadrados de las presiones absolutas en los extremos del tramo con la densidad ficticia del gas, la longitud equivalente, el caudal y el diámetro interior de la tubería. Veremos qué es la densidad ficticia —un coeficiente que en el caso del propano no coincide con la densidad relativa real— y por qué la fórmula trabaja con unidades fuera del Sistema Internacional: presiones en bares absolutos, longitudes en metros, caudales en metros cúbicos en condiciones normales (0 °C y 1 atm) y diámetros en milímetros.

También revisaremos la variante de la fórmula que aparece en algunas fuentes con el coeficiente 48,6 en lugar de 51,5, y qué condiciones de referencia corresponden a cada versión.

Criterios de diseño: velocidad máxima y presión mínima de llegada

El cálculo de un tramo de tubería de gas no se reduce a obtener un diámetro mínimo. Hay dos condiciones que deben verificarse siempre: la velocidad del gas no puede superar los 20 m/s (límite reglamentario) y la presión al final del tramo debe ser suficiente para garantizar el funcionamiento correcto del regulador o de la rampa de gas del aparato.

Este segundo punto tiene una implicación práctica importante: no podemos asumir que basta con llegar a 37 mbar al inicio del regulador de segunda etapa. Los reguladores tienen un rango de presiones de entrada dentro del cual garantizan su presión de salida nominal; en el caso del ejemplo, el fabricante exige una presión mínima de entrada de 50 mbar. Esto condiciona directamente el diseño del tramo anterior.

Además, revisaremos la regla empírica del 5 % de pérdida de presión máxima, de uso habitual en instalaciones de pequeña y mediana escala, y en qué contextos conviene ajustar ese criterio.

La hoja de cálculo

Todo el proceso se resuelve con una hoja de cálculo disponible en las descargas del curso, recientemente actualizada con los valores de poder calorífico del IDAE. Veremos cómo introducir los datos del gas (propano, en este caso), cómo leer el caudal calculado, cómo interpretar el diámetro mínimo obtenido y cómo seleccionar un diámetro interior real de tubería comercial —cobre 13/15, 16/18 o 10/12— que cumpla tanto la condición de presión como la de velocidad.

El resultado del caso práctico es que una tubería de cobre 16/18 es más que suficiente para ambos tramos, con pérdidas de carga muy reducidas. Veremos también por qué en este tipo de instalaciones domésticas de bajo caudal el dimensionado no suele ser el factor limitante, y cuándo sí empieza a serlo.

Documentación de referencia

A continuación, encontráis la hoja de cálculo actualizada y un documento PDF con la explicación completa de las fórmulas de Renouard —cuadrática y lineal—, los criterios de diseño y varios datos útiles para el cálculo de tuberías de gas. Si ya tenéis una versión anterior de la hoja descargada, conviene sustituirla por la nueva, ya que los poderes caloríficos han sido revisados.

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