Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificaciónde instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 0. Terminología de instalaciones receptoras y aparatos a gas Revisión 0 Octubre 2008 Página 1 de 28 Parte 0 Terminología de instalaciones receptoras y aparatos a gas Preparado: E. Alberto Hernández Martín Responsable Calidad Revisado: Ana María García Gascó Director de certificación Aprobado: Ana María García Gascó Secretaria Consejo de Administración Firma y fecha: 2008.10.16 Firma y fecha: 2008.10.20 Firma y fecha: 2008.10.24 Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 0. Terminología de instalaciones receptoras y aparatos a gas Revisión 0 Octubre 2008 Página 2 de 28 Índice 0.1. Introducción .......................................................................................................................... 3 0.2. Relación alfabética de términos .............................................................................................. 3 0.3. Acometida e instalaciones ...................................................................................................... 7 0.4. Aparatos a gas ....................................................................................................................... 9 0.5. Caudales y consumos. Longitud equivalente .......................................................................... 11 0.6. Clasificación de emplazamientos ............................................................................................ 11 0.7. Condiciones de accesibilidad .................................................................................................. 12 0.8. Condiciones de referencia ...................................................................................................... 13 0.9. Condiciones de ventilación de locales..................................................................................... 13 0.10. Conexión de los aparatos a la instalación ............................................................................... 16 0.11. Contadores. Condiciones de emplazamiento .......................................................................... 18 0.12. Dispositivos de control y de seguridad .................................................................................... 20 0.13. Dispositivos de corte .............................................................................................................. 21 0.14. Estaciones y conjuntos de regulación ..................................................................................... 23 0.15. Familias de gases. Características ........................................................................................... 24 0.16. Locales o espacios de la edificación ........................................................................................ 25 0.17. Presiones ............................................................................................................................... 26 0.18. Soldadura de tubos y accesorios............................................................................................. 27 0.19. Ventilación y protección de tuberías ....................................................................................... 27 Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 0. Terminología de instalaciones receptoras y aparatos a gas Revisión 0 Octubre 2008 Página 3 de 28 0.1. INTRODUCCIÓN En el presente capítulo, se relaciona la terminología relativa al diseño, construcción y operación de instalaciones receptoras y de los aparatos a gas que se utiliza en el Reglamento Técnico de Distribución y Utilización de Combustibles Gaseosos (RD 919/2006, BOE 4/09/2006), en sus Instrucciones Técnicas Complementarias y en las normas UNE asociadas a éstas. En primer lugar se muestra la relación alfabética de términos y a continuación se desarrolla, en su correspondiente apartado del campo temático a que pertenece, la definición de cada uno de ellos. Adicionalmente, en algunos capítulos de este manual pueden definirse otros términos específicos relativos al contenido de los mismos. 0.2. RELACIÓN ALFABÉTICA DE TÉRMINOS En la tabla siguiente se relacionan por orden alfabético los términos utilizados en el diseño y construcción de instalaciones receptoras y en la ubicación e instalación de los aparatos a gas. Cada término va acompañado de la categoría de instaladores que deben conocerlo y del campo temático al que pertenece. En los sucesivos apartados de este capítulo, se definen los términos correspondientes a cada uno de los campos temáticos, ordenados también alfabeticamente. Término Categoría Instalador Campo temático Accesibilidad A, B, C Condiciones de accesibilidad Accesibilidad de grado 1 A, B, C Condiciones de accesibilidad Accesibilidad de grado 2 A, B, C Condiciones de accesibilidad Accesibilidad de grado 3 A, B, C Condiciones de accesibilidad Acometida A, B Acometida e instalaciones Acometida interior A, B Acometida e instalaciones Analizador de atmósfera A, B, C Dispositivos de control y de seguridad Aparato a gas A, B, C Aparatos a gas Aparato a gas de circuito abierto A, B, C Aparatos a gas Aparato a gas de tipo A (de evacuación no conducida) A, B, C Aparatos a gas Aparato a gas de tipo B (de evacuación conducida) A, B, C Aparatos a gas Aparato a gas de tipo C (de circuito estanco) A, B, C Aparatos a gas Aparato popular A, B, C Aparatos a gas Armario de contadores A, B Contadores. Condiciones de emplazamiento Armario de regulación A, B Estaciones y conjuntos de regulación Armario-cocina A, B, C Locales o espacios de la edificación Atmósfera de gas explosiva A, B, C Clasificación de emplazamientos Cámara sanitaria Campana Canalización A, B A, B, C A Ventilación y protección de tuberías Condiciones de ventilación de locales Acometida e instalaciones Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 0. Terminología de instalaciones receptoras y aparatos a gas Término Caudal de diseño de un a ERM Categoría Instalador Revisión 0 Octubre 2008 Página 4 de 28 Campo temático A, B Caudales y consumos. Longitud equivalente Caudal de diseño de una instalación A, B, C Caudales y consumos. Longitud equivalente Caudal máximo de simultaneidad A, B, C Caudales y consumos. Longitud equivalente Caudal máximo de un contador A, B, C Caudales y consumos. Longitud equivalente Caudal mínimo de un contador A, B, C Caudales y consumos. Longitud equivalente Caudal nominal de un aparato a gas A, B, C Caudales y consumos. Longitud equivalente Collarín de evacuación A, B, C Condiciones de ventilación de locales Condiciones normales A, B, C Condiciones de referencia Condiciones estándar A, B, C Condiciones de referencia Conducto de evacuación A, B, C Condiciones de ventilación de locales Conducto de evacuación directa a través de fachada A, B, C Condiciones de ventilación de locales Conducto de evacuación vertical A, B, C Condiciones de ventilación de locales Conducto de humos A, B, C Condiciones de ventilación de locales Conducto de tuberías A, B, C Ventilación y protección de tuberías Conducto técnico A, B Contadores. Condiciones de emplazamiento Conductos de suministro de aire y de evacuación de los productos de combustión A, B, C Condiciones de ventilación de locales Conexión de aparato A, B, C Conexión de los aparatos a la instalación Conexión flexible de seguridad A, B, C Conexión de los aparatos a la instalación Conexión rígida A, B, C Conexión de los aparatos a la instalación Conexión semirrígida A, B, C Conexión de los aparatos a la instalación Conjunto de regulación A, B Estaciones y conjuntos de regulación Consumo calorífico A, B, C Caudales y consumos. Longitud equivalente Consumo calorífico nominal A, B, C Caudales y consumos. Longitud equivalente Consumo másico A, B, C Caudales y consumos. Longitud equivalente Consumo volumétrico A, B, C Caudales y consumos. Longitud equivalente Contador de gas A, B, C Contadores. Condiciones de emplazamiento Contadores de paredes deformables A, B, C Contadores. Condiciones de emplazamiento Contadores de pistones rotativos A, B Contadores. Condiciones de emplazamiento Contadores de turbina A, B Contadores. Condiciones de emplazamiento Cortatiro A, B, C Condiciones de ventilación de locales Corte automático de gas A, B, C Dispositivos de control y de seguridad Chimenea A, B, C Condiciones de ventilación de locales Deflector (para conducto de evacuación) A, B, C Condiciones de ventilación de locales Densidad relativa A, B, C Familias de gases. Características Detector de gas A, B, C Dispositivos de control y de seguridad Detector de llama A, B, C Dispositivos de control y de seguridad Dispositivo de control de contaminación de la atmósfera (AS) A, B, C Dispositivos de control y de seguridad Dispositivo de control de la evacuación de los productos de la combustión (BS) A, B, C Dispositivos de control y de seguridad Dispositivo de seguridad de control de llama A, B, C Dispositivos de control y de seguridad Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 0. Terminología de instalaciones receptoras y aparatos a gas Término Categoría Instalador Campo temático Emplazamiento no peligroso A, B, C Clasificación de emplazamientos Emplazamiento peligroso A, B, C Clasificación de emplazamientos Equipo certificado A, B, C Acometida e instalaciones Estación de regulación de presión A, B Estaciones y conjuntos de regulación Estación de Regulación y Medida (ERM) A, B Estaciones y conjuntos de regulación Extractor mecánico A, B, C Condiciones de ventilación de locales Factor de corrección A, B, C Condiciones de referencia Garaje A, B, C Locales o espacios de la edificación Gases de la primera familia A, B, C Familias de gases. Características Gases de la segunda familia A, B, C Familias de gases. Características Gases de la tercera familia A, B, C Familias de gases. Características Gasto calorífico A, B, C Caudales y consumos. Longitud equivalente Grupo de regulación A, B Estaciones y conjuntos de regulación Índice de Wobbe A, B, C Instalación común A, B Acometida e instalaciones Instalación de suministro y almacenamiento de GLP A, B Acometida e instalaciones Instalación individual A, B, C Acometida e instalaciones Instalación receptora A, B, C Acometida e instalaciones Límite inferior de explosividad (LIE) A, B, C Clasificación de emplazamientos Límite superior de explosividad (LSE) A, B, C Clasificación de emplazamientos Línea de regulación Líneas de distribución interior A, B A Familias de gases. Características Estaciones y conjuntos de regulación Acometida e instalaciones Local A, B, C Locales o espacios de la edificación Local de aseo A, B, C Locales o espacios de la edificación Local de ducha o baño A, B, C Locales o espacios de la edificación Local destinado a usos colectivos o comerciales A, B, C Locales o espacios de la edificación Local destinado a usos domésticos A, B, C Locales o espacios de la edificación Local técnico A, B, C Contadores. Condiciones de emplazamiento Longitud equivalente A, B, C Caudales y consumos. Longitud equivalente Llave de conexión de aparato A, B, C Dispositivos de corte Llave de contador A, B, C Dispositivos de corte Llave de edificio A, B Dispositivos de corte Llave de montante colectivo A, B Dispositivos de corte Llave de regulador A, B, C Dispositivos de corte Llave de usuario A, B, C Dispositivos de corte Llave de vivienda o de local privado A, B, C Dispositivos de corte A, B Dispositivos de corte Llave o válvula (general) de acometida Metro cúbico normal (m3(n)) A, B, C Condiciones de referencia Metro cúbico estándar (m3(s)) A, B, C Condiciones de referencia Pasamuros A, B, C Ventilación y protección de tuberías Patio de ventilación A, B, C Condiciones de ventilación de locales Revisión 0 Octubre 2008 Página 5 de 28 Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 0. Terminología de instalaciones receptoras y aparatos a gas Término Categoría Instalador Campo temático Patio inglés A, B, C Condiciones de ventilación de locales Pérdida de carga A, B, C Presiones Piloto de control de llama A, B, C Dispositivos de control y de seguridad Piloto de encendido A, B, C Dispositivos de control y de seguridad Poder calorífico A, B, C Familias de gases. Características Potencia útil A, B, C Aparatos a gas Potencia útil nominal A, B, C Aparatos a gas Presión de diseño (DP) A, B, C Presiones Presión de disparo A, B, C Presiones Presión de garantía A, B, C Presiones Presión de operación (OP) A, B, C Presiones Presión de prueba conjunta de resistencia A, B, C Presiones Presión de prueba de estanquidad A, B, C Presiones Presión de prueba de resistencia (STP) A, B, C Presiones Presión de tarado A, B, C Presiones Presión máxima de operación (MOP) A, B, C Presiones Presión máxima en caso de incidente (MIP) A, B, C Presiones Presión temporal de operación (TOP) A, B, C Presiones Primer sótano A, B, C Locales o espacios de la edificación Productos de la combustión A, B, C Condiciones de ventilación de locales Puerta o registro estanco A, B, C Ventilación y protección de tuberías Recinto A Locales o espacios de la edificación Recinto adosado A Locales o espacios de la edificación Recinto aislado A Locales o espacios de la edificación Recinto abierto A Locales o espacios de la edificación Recinto cerrado A Locales o espacios de la edificación Regulador de presión A, B, C Estaciones y conjuntos de regulación Revoco A, B, C Condiciones de ventilación de locales Sala de máquinas Revisión 0 Octubre 2008 Página 6 de 28 A, B Locales o espacios de la edificación Semisótano A, B, C Locales o espacios de la edificación Shunt A, B, C Condiciones de ventilación de locales Shunt invertido A, B, C Condiciones de ventilación de locales Sistema de medición A, B, C Contadores. Condiciones de emplazamiento Soldadura blanda A, B, C Soldadura de tubos y accesorios Soldadura fuerte A, B, C Soldadura de tubos y accesorios Superficie de baja resistencia mecánica A, B Locales o espacios de la edificación Tallo A, B Ventilación y protección de tuberías Tiro A, B, C Condiciones de ventilación de locales Titular de la instalación A, B, C Acometida e instalaciones Tubo flexible A, B, C Conexión de los aparatos a la instalación Tubo flexible espirometálico A, B, C Conexión de los aparatos a la instalación Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 0. Terminología de instalaciones receptoras y aparatos a gas Término Categoría Instalador Campo temático Unidad de medición (UM) A, B Contadores. Condiciones de emplazamiento Unidad Remota de telemedida (UR) A, B Contadores. Condiciones de emplazamiento Vaina Válvula (llave) de acometida A, B, C A Ventilación y protección de tuberías Dispositivos de corte Válvula de alivio (VAS): A, B Estaciones y conjuntos de regulación Válvula de seccionamiento A, B Dispositivos de corte Válvula de seguridad por máxima presión (VISmáx) A, B Estaciones y conjuntos de regulación Válvula de seguridad por mínima presión (VISmín) A, B, C Estaciones y conjuntos de regulación Volumen bruto o sin corregir A, B, C Condiciones de referencia Volumen corregido A, B, C Condiciones de referencia A Acometida e instalaciones Zona de entrada/Zona de salida de una ERM Zonas comunitarias A, B Revisión 0 Octubre 2008 Página 7 de 28 Locales o espacios de la edificación 0.3. ACOMETIDA E INSTALACIONES Acometida: Parte de la canalización de gas comprendida entre la red de distribución y la llave de acometida, incluida ésta. La acometida no forma parte de la instalación receptora. Acometida interior: Conjunto de conducciones y accesorios comprendidos entre la válvula (llave) de acometida, excluida ésta, y la llave o llaves de edificio, incluidas éstas, en el caso de instalaciones receptoras suministradas desde redes de distribución. En el caso de instalaciones individuales con contaje situado en el límite de la propiedad no existe acometida interior. 1. Llave de acometida 2. Llave de edificio Nota: La acometida interior no forma parte de la red de distribución Canalización: Conjunto de tuberías y accesorios unidos entre sí que permite la circulación del gas por el interior de los mismos. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 0. Terminología de instalaciones receptoras y aparatos a gas Revisión 0 Octubre 2008 Página 8 de 28 Equipo certificado: Producto debidamente identificado cuya confianza en la conformidad con una norma, documento normativo o especificación técnica ha sido obtenida y declarada por una entidad certificadora que actúa por tercera parte Instalación común: Conjunto de conducciones y accesorios comprendidos entre la llave de edificio, o la válvula (llave) de acometida si aquélla no existe, excluidas éstas, y las llaves de usuario, incluidas éstas. 1. Llave de acometida 2. Llave de edificio 3. Llave de usuario Instalación de suministro y almacenamiento de GLP: Conjunto de conducciones, elementos y equipos destinado al suministro y almacenamiento de GLP, pudiendo estar constituido por depósitos fijos o recipientes móviles. Aunque no sea precisa la instalación de todos ellos, puede constar de los siguientes elementos: boca de carga, depósitos fijos o recipientes móviles, equipos de trasvase, de vaporización, de regulación y de medida, y válvula de salida en fase gaseosa. Instalación individual: Conjunto de conducciones y accesorios comprendidos entre la llave de usuario o la válvula (llave) de acometida o la llave de edificio, según el caso si se suministra a un solo usuario, excluida ésta, y las llaves de aparato, incluidas éstas. 2. Llave de edificio 3. Llave de usuario 4. Llave de conexión de aparato En instalaciones suministradas desde depósitos móviles de GLP de carga unitaria inferior a 15 kg, es el conjunto de conducciones y accesorios comprendidos entre el regulador o reguladores acoplados a los envases o botellas, incluidos éstos, y las llaves de conexión de aparato, incluidas éstas. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 0. Terminología de instalaciones receptoras y aparatos a gas Revisión 0 Octubre 2008 Página 9 de 28 No tendrá la consideración de instalación individual el conjunto formado por un depósito móvil de GLP de carga unitaria inferior a 15kg y un aparato también móvil. Acometida interior Instalación común Instalación individual (hasta llaves de conexión de aparato, incuidas éstas) Fuente: Gas natural SDG Instalación receptora de gas: Conjunto de conducciones y accesorios comprendidos entre la válvula (llave) de acometida, excluida ésta, y las llaves de aparato, incluidas éstas, quedando excluidos de la instalación receptora los aparatos de utilización y su conexión. Una instalación receptora puede suministrar a varios edificios, siempre y cuando éstos estén ubicados en terrenos de una misma propiedad. En el caso más general, una instalación receptora se compone de: la acometida interior, la o las instalaciones comunes y las instalaciones individuales de cada usuario. Líneas de distribución interior: Conjunto formado por las tuberías con sus accesorios y elementos auxiliares comprendidas entre la válvula (llave) de salida de la Estación de Regulación y Medida (ERM), incluida ésta, y la válvula (llave) de entrada a los grupos de regulación o, en su defecto, a la primera válvula (llave) anterior al punto de consumo, incluyendo la misma en cualquiera de los dos casos. Titular de la instalación: Persona física o jurídica que figura como responsable ante la Administración de las obligaciones impuestas en la reglamentación vigente. Podrá ser el propietario, arrendatario, gestor o cualquier otra cuyo título le confiera esa responsabilidad. Zona de entrada/Zona de salida de una ERM: Conjunto de tuberías y equipos situados antes y después de la brida de salida del regulador de presión principal, sometidos respectivamente a la máxima presión de operación de entrada y salida de la ERM (valores MIP de entrada y salida). 0.4. APARATOS A GAS Aparato a gas: Dispositivo destinado al consumo de un combustible gaseoso, incluido en alguna de las familias mencionadas en la norma UNE 60002, mediante la combustión completa del mismo, aprovechando el calor generado para su utilización en diversas actividades, como pueden ser la cocción, la producción de agua caliente, la calefacción, etc. Los aparatos a gas se clasifican, en función de sus características de combustión, en aparatos a gas de circuito abierto (tipos A o B) y de circuito estanco (tipo C). Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 0. Terminología de instalaciones receptoras y aparatos a gas Revisión 0 Octubre 2008 Página 10 de 28 Aparato a gas de circuito abierto: Aparato que toma el aire necesario para la combustión de la atmósfera del local en el que se encuentra instalado. Puede ser de tipo A o B. Aparato a gas de tipo A (de evacuación no conducida): Aparato de circuito abierto concebido para no ser conectado a un conducto de evacuación. Aparato a gas de tipo B (de evacuación conducida): Aparato de circuito abierto concebido para ser conectado a un conducto de evacuación. Puede ser de tiro natural o de tiro forzado. Aparato a gas de tipo C (de circuito estanco): Aparato en el que el circuito de combustión (entrada de aire, cámara de combustión y evacuación de los productos de la combustión) no tiene comunicación alguna con la atmósfera del local en el que se encuentra instalado. Salida productos de la combustión Aparato de gas de circuito estanco Fuente: Gas natural SDG Deflector Toma de aire Aparato popular: Aparato que sólo se puede conectar a un envase móvil de GLP de carga unitaria inferior o igual a 3 kg. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 0. Terminología de instalaciones receptoras y aparatos a gas Revisión 0 Octubre 2008 Página 11 de 28 Potencia útil: Cantidad de energía térmica transmitida por el aparato al fluido portador de calor por unidad de tiempo. Potencia útil nominal: Valor máximo de la potencia útil indicada por el fabricante de un aparato. 0.5. CAUDALES Y CONSUMOS. LONGITUD EQUIVALENTE Caudal de diseño de una ERM: Caudal de referencia de una ERM, expresado en m3(ref)/h (ref: normal o estándar), que junto con la presión de salida se utiliza para el cálculo de sus elementos. El caudal de diseño debe ser igual o superior al caudal de servicio máximo previsto. Caudal de diseño de una instalación: Caudal a considerar para el diseño de una instalación receptora, calculado a partir de los consumos caloríficos de los aparatos a gas conectados a la misma. Se mide en m3(ref)/h (ref: normal o estándar) o en kg/h. Caudal máximo de simultaneidad: Suma de los consumos máximos de los aparatos de una instalación receptora, corregido mediante una fórmula al efecto, obteniéndose el caudal máximo que probablemente se consumirá en un momento dado en dicha instalación receptora. Caudal máximo de un contador: Máximo volumen que en la unidad de tiempo puede medir el contador con un error no superior al establecido. Caudal mínimo de un contador: Mínimo volumen que en la unidad de tiempo puede medir el contador con un error no superior al establecido. Caudal nominal de un aparato a gas: Caudal resultante de dividir su gasto calorífico (potencia que consume en funcionamiento normal), expresado en base al poder calorífico superior del gas (PCS) o en base al poder calorífico inferior del gas (PCI), por el poder calorífico del gas suministrado, superior o inferior en función de como se haya expresado el gasto calorífico. Consumo calorífico: Cantidad de energía consumida por un aparato a gas en una unidad de tiempo, referida al poder calorífico del gas, en las condiciones de referencia. Se calcula como el producto del consumo volumétrico o másico por el poder calorífico del gas, expresado en el mismo sistema de unidades. Se expresa en kW. Consumo calorífico nominal: Valor del consumo calorífico indicado por el fabricante del aparato. Se expresa en kW. Consumo másico: Masa de gas consumida por el aparato en funcionamiento continuo en una unidad de tiempo. Se expresa en kg/h o en g/h. Consumo volumétrico: Volumen de gas consumido por un aparato en funcionamiento continuo en una unidad de tiempo, tomándose el gas en condiciones de referencia. Se expresa en m3(ref)/h (ref: normal o estándar), o eventualmente en l(ref)/min. Gasto calorífico: Véase consumo calorífico. Longitud equivalente: Longitud real de una instalación incrementada en un determinado tanto por ciento para compensar la pérdida de carga singular producida por los diversos accesorios de la misma (cambios de dirección, estrechamientos, derivaciones, etc.) 0.6. CLASIFICACIÓN DE EMPLAZAMIENTOS Atmósfera de gas explosiva: Mezcla de gas inflamable con el aire, en condiciones atmosféricas, en la que después de la ignición, la combustión se propaga a toda la mezcla no consumida. Emplazamiento no peligroso: Espacio en el que no se prevé la presencia de una atmósfera de gas explosiva en cantidad tal como para requerir precauciones especiales en la construcción, instalación y utilización de aparatos. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 0. Terminología de instalaciones receptoras y aparatos a gas Revisión 0 Octubre 2008 Página 12 de 28 Emplazamiento peligroso: Espacio en el que una atmósfera de gas explosiva está o puede estar presumiblemente presente en una cuantía tal, como para requerir precauciones especiales en la construcción, instalación y utilización de aparatos. Límite inferior de explosividad (LIE): Concentración de combustible gaseoso expresada en tanto por ciento de volumen de gas en aire a partir del cual la mezcla aire-gas es explosiva. Límite superior de explosividad (LSE): Concentración de combustible gaseoso expresada en tanto por ciento de volumen de gas en aire a partir del cual la mezcla aire-gas deja de ser explosiva. 0.7. CONDICIONES DE ACCESIBILIDAD Accesibilidad: Medida de la facilidad para realizar operaciones, tanto de explotación como de reparación o mantenimiento, en los dispositivos, elementos y accesorios de las instalaciones receptoras de gas. Dependiendo del grado de facilidad para realizar estas operaciones, la accesibilidad se califica en tres grados. Accesibilidad de grado 1: Se entiende que un dispositivo de una instalación receptora de gas tiene accesibilidad de grado 1 cuando su manipulación puede realizarse sin necesidad de abrir cerraduras, y el acceso tiene lugar sin necesidad de disponer de escaleras convencionales o medios mecánicos especiales. Accesibilidad de grado 2: Se entiende que un dispositivo de una instalación receptora de gas tiene accesibilidad de grado 2 cuando está protegido por un armario, un registro practicable o una puerta, provistos de cerradura con llave normalizada. Su manipulación debe poder realizarse sin disponer de escaleras convencionales o medios mecánicos especiales. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 0. Terminología de instalaciones receptoras y aparatos a gas Revisión 0 Octubre 2008 Página 13 de 28 Accesibilidad de grado 3: Se entiende que un dispositivo de una instalación receptora de gas tiene accesibilidad de grado 3 cuando para su manipulación se precisan escaleras convencionales o medios mecánicos especiales, o bien que para acceder a él hay que pasar por una zona privada o que, aun siendo común, sea de uso privado. Llaves de montante Llave de montante 0.8. CONDICIONES DE REFERENCIA Condiciones normales: Se fijan en 273,15 K (0 ºC) y 1,01325 bar absolutos. Condiciones estándar: Se fijan en 288,15 K (15 ºC) y 1,01325 bar absolutos. Factor de corrección: Coeficiente por el que hay que multiplicar el volumen de gas medido por el contador (volumen bruto) para obtener el volumen de gas en las condiciones de referencia (volumen corregido). Metro cúbico normal (m3(n)): Cantidad de gas seco contenida en un metro cúbico a la temperatura de 273,15 K (0 °C) y una presión absoluta de 1,01325 bar (1 atmósfera), es decir, en condiciones normales. Metro cúbico estándar (m3(s)): Cantidad de gas seco contenida en un metro cúbico a la temperatura de 288,15 K (15 °C) y una presión absoluta de 1,01325 bar (1 atmósfera), es decir, en condiciones estándar. Volumen bruto o sin corregir: Volumen de gas indicado por el contador en las condiciones de presión y temperatura en que se realiza la medición. Volumen corregido: Volumen de gas en las condiciones de referencia equivalente al volumen de gas medido por el contador en las condiciones de trabajo. 0.9. CONDICIONES DE VENTILACIÓN DE LOCALES Campana: Elemento generalmente situado sobre aparatos de cocción, que se utiliza para favorecer la salida de aire viciado en el local donde se hallan instalados dichos aparatos. Puede ser con o sin extracción mecánica. Aparato a gas para cocción Fuente: Gas natural SDG Campana Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 0. Terminología de instalaciones receptoras y aparatos a gas Revisión 0 Octubre 2008 Página 14 de 28 Collarín de evacuación: Parte del aparato a gas destinada a la conexión al conducto de evacuación de los productos de la combustión. Fuente: Gas natural SDG Conducto de evacuación: Conducto continuo y estanco que tiene como finalidad conducir al exterior los gases producto de la combustión de los aparatos a gas conectados a él. Conducto de evacuación directa a través de fachada: Conducto de evacuación individual que une el aparato a gas con el exterior o con un patio de ventilación de dimensiones adecuadas, atravesando para ello una de las paredes o cristaleras laterales de la edificación. Fuente: Gas natural SDG Deflector adecuado Conducto de evacuación vertical: Conducto que partiendo de la vivienda transcurre vertical hasta desembocar en la parte superior de la edificación. Conducto de humos: Paso que permite la evacuación de los productos de la combustión a la atmósfera exterior. Conductos de suministro de aire y de evacuación de los productos de combustión: Medios o dispositivo para transportar el aire de combustión hasta el terminal o hasta la pieza de acoplamiento. Hay que distinguir entre: ß Conductos concéntricos o completamente rodeados: el conducto de evacuación de los productos de combustión está rodeado por el aire de combustión en todo su recorrido. ß Conductos separados: el conducto de evacuación de los productos de combustión y el conducto de suministro o alimentación de aire ni son concéntricos ni completamente rodeados. Los conductos de suministro de aire y de evacuación de los productos de combustión y el terminal, incluida cualquier pieza de acoplamiento que se utilice para conectar un aparato a gas conducido a una chimenea o a un sistema de conducto, forman parte del aparato, salvo que se indique lo contrario. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 0. Terminología de instalaciones receptoras y aparatos a gas Revisión 0 Octubre 2008 Página 15 de 28 Cortatiro incorporado al aparato a gas Cortatiro acoplado al aparato a gas Fuente: Gas natural SDG Cortatiro: Parte de un aparato a gas situada en el circuito de los productos de la combustión y destinada a reducir la influencia del tiro y a prevenir la del retroceso sobre la estabilidad de las llamas del quemador y sobre la combustión. Chimenea: Estructura que consiste en una pared o paredes que encierran uno o varios conductos de humos. Deflector (para conducto de evacuación): Dispositivo que deben incorporar en su extremo los conductos de evacuación directa a través de fachada, con el fin de evitar que la acción del viento pueda dificultar la evacuación de los productos de la combustión y, por ello, la correcta combustión del aparato. Extractor mecánico: Dispositivo utilizado para incrementar la renovación de aire en el local donde se halla instalado un a aparato a gas. Patio de ventilación Patio de ventilación: Espacio situado dentro del volumen del edificio, y en comunicación directa con el exterior en su parte superior, que es susceptible de ser utilizado para realizar la ventilación (entrada y/o salida de aire y/o evacuación de los productos de la combustión) de los locales que den al citado espacio y en los cuales estén ubicados aparatos a gas. calzada acera acera calzada Patio inglés: Espacio abierto entre el muro del edificio y un muro de contención del terreno que evita el contacto entre ambos y permite el acceso de luz y aire al sótano. Productos de la combustión: Conjunto de gases y vapor de agua originados por la combustión del gas. Su composición es variable en función del tipo de gas y de las características de la combustión. Revoco: Efecto inducido por un defecto de tiro mediante el cual parte de los productos de la combustión invaden el local donde se encuentra ubicado el aparato a gas a través del cortatiro. Este efecto puede ser puntual o continuado. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 0. Terminología de instalaciones receptoras y aparatos a gas Revisión 0 Octubre 2008 Página 16 de 28 Shunt: Tipo de conducto de evacuación vertical especialmente diseñado para la evacuación de los productos de la combustión de los aparatos a gas de circuito abierto conectados al mismo, o para la evacuación del aire viciado de un local. La salida de cada planta no va unida directamente al conducto general principal sino a un conducto auxiliar que desemboca en aquél después de un recorrido vertical de una planta. El conducto general es del tipo vertical ascendente, terminando por encima del nivel superior del edificio. Aspirador estático Shunt invertido: Tipo de conducto general especialmente diseñado para proporcionar la entrada de aire necesaria a los locales de cada planta por la que discurre. El conducto general es del tipo vertical ascendente y toma el aire de la atmósfera libre en su base. La entrada de aire a cada planta se efectúa a través de un conducto auxiliar de recorrido vertical que se inicia en la planta inferior, lugar donde se bifurca del conducto principal. Entrada de aire Tiro: Depresión que se genera entre los extremos de un conducto de evacuación o chimenea y que hace que los productos de la combustión puedan circular a su través hacia el exterior. 0.10. CONEXIÓN DE LOS APARATOS A LA INSTALACIÓN Conexión de aparato: Conjunto de conducciones y accesorios comprendidos entre la llave de conexión de aparato, excluida ésta, y el propio aparato, excluido éste. Puede ser rígida, semirrígida o flexible. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 0. Terminología de instalaciones receptoras y aparatos a gas Revisión 0 Octubre 2008 Página 17 de 28 En instalaciones suministradas desde un único envase o depósito móvil de GLP de contenido inferior a 15 kg, acoplado directamente a un solo aparato de utilización móvil, la conexión de aparato está formada por el regulador acoplado al envase o botella, incluido éste, y la tubería flexible conectada al propio aparato. Conexión flexible de seguridad: Conjunto formado por un tubo flexible y un dispositivo obturador de seguridad (combinado o no con una llave de paso), concebido de forma tal que, en caso de desconectarse el tubo flexible, se interrumpa el paso de gas. Conexión al aparato de gas Conexión al aparato de gas Conexión a instalación receptora Tubo flexible espirometálico con enchufe de seguridad Tubo flexible de acero inoxidable corrugado con enchufe de seguridad Fuente: Gas natural SDG Conexión a instalación receptora Conexión rígida: mismas características que la tubería de las instalaciones receptoras (cobre, acero, o acero inoxidable) Fuente: Gas natural SDG Conexión rígida: Conexión formada por tramos de tubería que tienen las mismas características que las tuberías utilizadas para construir la instalación individual, empleando los mismos métodos de unión. Conexión semirrígida (acero inoxidable corrugado) Fuente: Gas natural SDG Conexión semirrígida: Conexión formada por un tubo de acero inoxidable corrugado, con enlaces mecánicos por sus extremos, que puede adoptar formas diferentes al someterlo a acciones mecánicas (flexión, tracción, etc.). Tubo flexible: Tubo que se puede doblar o estirar fácilmente sin que se alteren sus características mecánicas. Tubo flexible espirometálico: Tubo construido a partir de fleje de acero arrollado espiralmente, realizándose la estanquidad mediante un cordón continuo de elastómero arrollado espiralmente en el mismo sentido, previsto para la circulación de gas por su interior. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 0. Terminología de instalaciones receptoras y aparatos a gas Revisión 0 Octubre 2008 Página 18 de 28 0.11. CONTADORES. CONDICIONES DE EMPLAZAMIENTO Fuente: Gas natural SDG Armario de contadores: Recinto ventilado con puertas cuya finalidad se limita a la de contener los contadores y, en su caso, reguladores de gas y su instalación, no pudiendo entrar personas en él. Debe tener las dimensiones suficientes para poder instalar, mantener y sustituir los contadores y, en su caso, los reguladores. Conducto técnico: Conducto continuo construido en general en las proximidades de los rellanos de un edificio, de forma y dimensiones adecuadas para contener en cada planta el o los contadores/reguladores que dan servicio exclusivo de gas a las viviendas. 1. Planta baja 2. 1er Piso 3. Azotea 3 2 Aberturas de ventilación Fuente: Gas natural SDG 1 Entrada de aire del exterior Contador de gas: Dispositivo que permite conocer el volumen de gas consumido en un período de tiempo determinado. Los contadores de gas deben ubicarse en recintos situados en zonas comunitarias accesibles, centralizados total o parcialmente en locales técnicos o armarios o en conducto técnico, si se trata de instalaciones en fincas plurifamiliares, o de forma individual en armario o nicho si se trata de instalaciones en fincas unifamiliares o en locales destinados a usos colectivos o comerciales. Cuando ello no sea posible, podrán situarse en el interior de las viviendas. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 0. Terminología de instalaciones receptoras y aparatos a gas Revisión 0 Octubre 2008 Página 19 de 28 Los contadores, según el principio de funcionamiento, podrán ser de paredes deformables, de pistones rotativos o de turbina. Contador de paredes deformables Contador de pistones rotativos Contador de turbina Contadores de paredes deformables: Son aquéllos formados por una envolvente o carcasa y un conjunto de medición compuesto por dos cámaras, subdivididas internamente por una membrana, un sistema de correderas y un sistema de transmisión del movimiento al exterior que actúa sobre el sistema de contaje. Contadores de pistones rotativos: Son aquéllos formados por dos pistones de forma lobular montados sobre ejes independientes, conectados mediante engranajes idénticos, y que giran como consecuencia del par motor generado por la diferencia de presión entre la entrada y la salida del contador. Contadores de turbina: Son aquéllos formados por un cuerpo en cuyo interior se encuentra una rueda de álabes normalmente dispuesta axialmente, que gira por acción de la velocidad del gas. Fuente: Gas natural SDG Local técnico: Local o recinto destinado exclusivamente al emplazamiento centralizado de contadores y/o reguladores de gas y sus accesorios cuya lectura y mantenimiento se realizan desde el interior del mismo. Sistema de medición: Parte de la ERM destinada a la medida del volumen de gas suministrado. Forman parte de la misma los contadores de gas, las tuberías y la valvulería e instrumentación a ellos asociada, así como los conversores de volumen y las unidades remotas de telemedida, en ambos casos cuando existan. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 0. Terminología de instalaciones receptoras y aparatos a gas PI Revisión 0 Octubre 2008 Página 20 de 28 P T Unidad de medición (UM): Conjunto formado por un contador y los restantes equipos a él asociados, necesarios para efectuar las funciones de medición y conversión a condiciones de referencia de los volúmenes de gas suministrados. Unidad Remota de telemedida (UR): Equipo local de campo destinado a adquirir, almacenar y transmitir a un sistema de supervisión los datos de consumo y complementarios que correspondan de una o más unidades de medida. 0.12. DISPOSITIVOS DE CONTROL Y DE SEGURIDAD Analizador de atmósfera: Véase dispositivo de control de contaminación de la atmósfera. Corte automático de gas: Sistema que permite el corte del suministro de gas al recibir una determinada señal procedente de un detector de gas, de una central de alarmas o de cualquier otro dispositivo previsto como elemento de seguridad en la instalación receptora, siendo la reapertura del suministro únicamente posible mediante un rearme manual Detector de gas: Dispositivo que detecta la presencia de gas en el aire y que, a una determinada concentración, emite una señal de aviso e incluso puede poner en funcionamiento un sistema de corte automático de gas. Detector de llama: Véase dispositivo de seguridad de control de llama. Dispositivo de control de contaminación de la atmósfera (AS): Dispositivo incorporado en algunos aparatos a gas y destinado a interrumpir la llegada de gas al quemador y al quemador de encendido permanente, antes de que la contaminación de la atmósfera del local en que esté instalado el aparato alcance un nivel determinado debido a los productos de la combustión de este aparato. Dispositivo de control de la evacuación de los productos de la combustión (BS): Dispositivo incorporado en los aparatos del tipo BBS que origina, al menos, una parada del quemador principal por mal funcionamiento, cuando se produce un desbordamiento inaceptable de los productos de combustión al nivel del cortatiro antirretorno. Dispositivo de seguridad de control de llama: Dispositivo que mantiene abierta la llegada del gas, y que la interrumpe en caso de desaparecer la llama vigilada, en función de una señal de un elemento detector de llama. Piloto de control de llama: Quemador de encendido que se destina también a activar un detector de llama. Piloto de encendido: Pequeño quemador destinado a asegurar el encendido de un quemador principal por medio de una llama permanente. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 0. Terminología de instalaciones receptoras y aparatos a gas Revisión 0 Octubre 2008 Página 21 de 28 1. Llave o válvula de acometida 2. Llave de edificio 3. Llave de regulador 4. Llave de montante colectivo 5. Llave de usuario 6. Llave de vivienda o local privado 7. Llave de contador 8. Llave de conexión de aparato Fuente: Gas natural SDG 0.13. DISPOSITIVOS DE CORTE Nota: Los números indicados en la definición de cada uno de los dispositivos de corte corresponde a su situación en el esquema. Llave o válvula de acometida (1): Dispositivo de corte más próximo o en el límite de propiedad, accesible desde el exterior de la misma e identificable, que puede interrumpir el paso de gas a la instalación receptora. En las instalaciones suministradas desde depósitos de GLP fijos o móviles, la función de llave de acometida la desempeña la llave de salida en fase gaseosa desde la instalación de almacenamiento o batería de botellas, o bien la llave de salida incorporada al regulador acoplado a la propias botellas, según el caso. En instalaciones con depósitos de almacenamiento de gases de producción propia o de subproductos de otras producciones, la función de llave de acometida la desempeña la válvula o llave de salida de la instalación de almacenamiento. Llave de conexión de aparato (8): Dispositivo de corte que, formando parte de la instalación individual, está situado lo más próximo posible a la conexión con cada aparato a gas y que puede interrumpir el paso del gas al mismo. La llave de conexión de aparato no debe confundirse con la llave o válvula de mando de corte que lleva incorporado el propio aparato. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 0. Terminología de instalaciones receptoras y aparatos a gas Fuente: Gas natural SDG Llave de conexión de aparato Instalación receptora Revisión 0 Octubre 2008 Página 22 de 28 Llave de mando del aparato a gas (no debe confundirse con la llave de conexión de aparato) Conexión del aparato a gas a la instalación receptora (no forma parte de la instalación receptora) La llave de conexión debe existir en todos los casos salvo que se trate de instalaciones individuales en las que se utilice un depósito móvil de GLP de contenido inferior a 15 kg, equipado con un regulador con dispositivo de corte incorporado y acoplado a un solo aparato situado en el mismo local que el depósito. Llave de contador (7): Dispositivo de corte colocado inmediatamente a la entrada del contador o del regulador de abonado cuando éste se acople directamente al contador. Llave de edificio (2): Dispositivo de corte más próximo al edificio o situado en el muro de cerramiento del edificio, accionable desde el exterior del mismo, que puede interrumpir el paso del gas a la instalación que suministra. En las instalaciones que dispongan de estación de regulación y/o medida, las funciones de llave de edificio las podrá desempeñar el dispositivo de corte situado lo más próximo posible a la entrada de dicha estación, accionable desde el exterior del recinto que delimita la estación, y que puede interrumpir el paso del gas a la citada estación de regulación y/o medida. Llave de montante colectivo (4): Dispositivo de corte que permite cortar el paso del gas al tramo de instalación común que suministra gas a varios usuarios situados en un mismo sector o ala de un edificio. Llave de regulador (3): Dispositivo de corte que, situado muy próximo a la entrada del regulador, permite el cierre del paso de gas al mismo. En el caso de instalaciones suministradas desde depósitos de GLP móviles de carga unitaria inferior a 15 kg, es la llave incorporada al propio regulador acoplado a cada envase o botella. Llave de usuario (5): Dispositivo de corte de inicio de la instalación individual del usuario que, perteneciendo a la instalación común, establece el límite entre ésta y la instalación individual y que puede interrumpir el paso de gas a una sola instalación individual. En instalaciones individuales suministradas desde depósitos de GLP fijos o móviles, la llave de usuario coincide con la válvula (llave) de acometida. Llave de vivienda o de local privado (6): Dispositivo de corte con el cual el usuario desde el interior de su vivienda o local puede cortar el paso del gas al resto de su instalación. En el caso de instalaciones suministradas desde depósitos de GLP móviles de carga unitaria inferior a 15 kg situados en el interior del local, es la llave incorporada al propio regulador o reguladores acoplados a cada envase o botella. Mantenimiento: Es el conjunto de actuaciones destinadas a garantizar el estado y el funcionamiento correcto de las instalaciones y los aparatos de gas. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 0. Terminología de instalaciones receptoras y aparatos a gas Revisión 0 Octubre 2008 Página 23 de 28 Válvula de seccionamiento: Dispositivo cuya finalidad es interrumpir la circulación del gas en el lugar donde está instalado. Válvula (llave) de acometida: Ver Llave o válvula de acometida. 0.14. ESTACIONES Y CONJUNTOS DE REGULACIÓN Armario de regulación: Conjunto de regulación que se encuentra alojado en el interior de un armario. Fuente: Gas natural SDG Conjunto de regulación: Conjunto formado por el regulador de presión y los elementos y accesorios que acompañan al mismo, tales como el filtro, las llaves de corte, las tomas de presión, la tubería de conexión, las válvulas de seguridad, etc. Cuando este conjunto va alojado en el interior de un armario se le denomina armario de regulación. En caso de instalaciones suministradas desde depósitos de GLP móviles de carga unitaria inferior a 15 kg, el conjunto de regulación está constituido por los propios reguladores acoplados a los envases o botellas. Estación de regulación de presión: Instalación auxiliar compuesta de recinto, tuberías, válvulas, sistema de regulación, dispositivos de seguridad y elementos complementarios, cuyo objeto es regular automáticamente la presión del gas. Estación de Regulación y Medida (ERM): Conjunto cuya misión es regular y mantener la presión del gas de suministro aguas abajo y contabilizar el consumo de gas. P P 1 3 5 2 4 7 6 1. Filtro 2. Regulador principal 3. Regulador monitor 4. Contador 5. VIS 6. VES 7. by-pass Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 0. Terminología de instalaciones receptoras y aparatos a gas Revisión 0 Octubre 2008 Página 24 de 28 Grupo de regulación: Conjunto formado por las tuberías, accesorios, aparatos y dispositivos de seguridad ubicados entre el final de la línea de distribución interior y la válvula/s (llave/s) de aparatos incluyendo éstas, y siendo su finalidad la de filtrar, regular y mantener la presión del gas dentro de los límites de funcionamiento requeridos. Línea de regulación: Conjunto mecánico lineal de una ERM formado por los equipos de filtrado, regulación, seguridad y accesorios de interconexión, incluidas las válvulas de entrada y salida de la línea. Regulador de presión: Dispositivo que permite reducir la presión aguas abajo del punto donde está instalado, manteniéndola dentro de unos límites establecidos para un rango de caudal determinado. Válvula de alivio (VAS): Dispositivo que conecta la instalación receptora de gas con el exterior y que permite reducir la presión de la instalación por evacuación directa de una pequeña cantidad de gas al exterior cuando esta presión supera un valor predeterminado. Válvula de seguridad por máxima presión (VISmáx): Dispositivo que tiene por objeto interrumpir el suministro de gas aguas abajo del punto donde se halla instalado cuando la presión del gas excede de un valor predeterminado. Válvula de seguridad por mínima presión (VISmín): Dispositivo que tiene por objeto interrumpir el suministro de gas aguas abajo del punto donde se halla instalado cuando la presión del gas llega a ser inferior a un valor predeterminado. Este dispositivo puede estar integrado en otro elemento de la instalación. 0.15. FAMILIAS DE GASES. CARACTERÍSTICAS Densidad relativa: es la relación entre la densidad absoluta del gas y la densidad del aire en las mismas condiciones de referencia. Gases de la primera familia: La forman los gases manufacturados (fabricados a partir de cracking de naftas o reforming de gas natural), el aire metanado (mezcla aire-gas natural) y el aire propanado (mezcla aire-propano) con un índice de Wobbe superior comprendido entre 22,4 MJ/m3(s) (5.350 kcal/m3(s)) y 24,8 MJ/m3(s) (5.925 kcal/m3(s)). Gases de la segunda familia: La forman el gas natural y el aire propanado con un índice de Wobbe superior comprendido entre 39,1 MJ/m3(s) (9.340 kcal/m3(s)) y 54,7 MJ/m3(s) (13.065 kcal/m3(s)). Gases de la tercera familia: La forman los gases licuados del petróleo (GLP) con un índice de Wobbe superior comprendido entre 72,9 MJ/m3(s) (17.400 kcal/m3(s)) y 87,3 MJ/m3(s) (20.850 kcal/m3(s)). Índice de Wobbe: Relación entre el poder calorífico del gas por unidad de volumen y la raíz cuadrada de su densidad relativa. El índice de Wobbe se denomina superior o inferior según que el poder calorífico considerado sea el superior o el inferior. Poder calorífico: Cantidad de calor producida por la combustión completa de una unidad de volumen o de masa del gas, a una presión constante e igual a 1,01325 bar, tomando los componentes de la mezcla combustible en las condiciones de referencia y llevando los productos de la combustión a las mismas condiciones. Las unidades de medida normalmente utilizadas son el MJ/m3 y el kWh/m3 o el MJ/kg y kWh/kg, según se refieran a la unidad de volumen o masa, respectivamente. Se distinguen dos tipos de poder calorífico, el poder calorífico superior (PCS), suponiendo que se condensa el agua producida por la combustión, y el poder calorífico inferior (PCI), suponiendo que el agua producida por la combustión permanece en estado de vapor. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 0. Terminología de instalaciones receptoras y aparatos a gas Revisión 0 Octubre 2008 Página 25 de 28 0.16. LOCALES O ESPACIOS DE LA EDIFICACIÓN Armario-cocina: Recinto destinado a usos de cocción y cuya anchura utilizable (lado menor) sea como máximo de 30 cm estando la puerta cerrada. A < 30 cm Garaje: Se considerará como garaje aquel local que puede ser destinado al estacionamiento, reparación o mantenimiento simultáneo de más de tres automóviles. Local: Espacio de la edificación susceptible de contener instalaciones de gas, sus elementos y accesorios, o los aparatos a gas. Local de aseo: Recinto destinado sólo a la higiene personal. Local de ducha o baño: Local destinado a la higiene personal, en el cual existe al menos una bañera o un plato de ducha. Local destinado a usos colectivos o comerciales: Local al que habitualmente concurren personas ajenas al mismo para recibir o desarrollar determinados servicios o actividades. Tienen esta consideración locales tales como: edificios institucionales, restaurantes, hoteles, salas de fiestas, cines, oficinas, escuelas, cuarteles, hospitales, locales de culto religioso, almacenes, mercados, comercios o locales similares. Local destinado a usos domésticos: Local destinado a vivienda de personas. Primer sótano: Se considera como primer sótano o semisótano a la primera planta cuyo suelo se encuentra, en todas sus paredes, a un nivel inferior en más de 60 cm con relación al suelo exterior de la calle o de un patio de ventilación contiguo. Calzada Semisótano o 1er sótano Patio de ventilación Acera > 0,60 m > 0,60 m Recinto: Espacio ocupado por la ERM, delimitado o no por una valla metálica, muro, paredes o un armario. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 0. Terminología de instalaciones receptoras y aparatos a gas Revisión 0 Octubre 2008 Página 26 de 28 Recinto adosado: Recinto situado al aire libre que comparte alguna de sus paredes con otro edificio o local. Recinto aislado: Recinto que está situado al aire libre cuya distancia entre límite exterior del recinto y el edificio más próximo sea como mínimo de 0,8 m. Recinto abierto: Recinto que tiene como mínimo el 30% de su superficie lateral y superior en comunicación directa con el exterior. Recinto cerrado: Recinto que tiene más del 70% de su superficie lateral y superior sin comunicación directa a la atmósfera. Sala de máquinas: Local técnico donde se alojan los equipos de producción de calor o frío o para cogeneración y otros equipos auxiliares y accesorios de la instalación, con potencia nominal conjunta superior a 70 kW. Los locales anexos a la sala de máquinas que comuniquen con el resto del edificio o con el exterior a través de la misma sala se consideran parte de la misma. No tienen consideración de sala de máquinas los locales en los que se sitúen equipos del tipo indicado con una potencia nominal conjunta inferior o igual que 70 kW o equipos autónomos de generación de cualquier potencia. Tampoco tendrán la consideración de sala de máquinas los locales con calefacción mediante generadores de aire caliente o aparatos suspendidos de calefacción por radiación. Semisótano: Véase primer sótano. Superficie de baja resistencia mecánica: Aquella que tiene como máximo una resistencia mecánica del 50% de cualquier otro paramento de cerramiento de un recinto. Zonas comunitarias: Zonas que no están destinadas para una utilización con cierta permanencia, siendo por lo general lugares de paso de personas tales como vestíbulos, escaleras, rellanos, etc. 0.17. PRESIONES1 Pérdida de carga: Descenso que sufre la presión de un fluido en su circulación de un punto a otro, debida a roces con la pared de la conducción, cambios de dirección, reducciones de diámetro, paso de régimen laminar a turbulento, etc. Presión de diseño (DP): Presión utilizada para cálculo de las instalaciones. Presión de disparo: Presión a la que se encuentra tarada una válvula de seguridad para efectuar su acción de cierre (VIS) o de descarga a la atmósfera (VES), dentro de los límites de precisión aceptados. Presión de garantía: Presión mínima que, contractualmente, se debe disponer en el inicio de la instalación receptora, es decir, a la salida de la válvula (llave) de acometida. Presión de servicio u operación (OP): Presión a la cual trabaja una instalación en un momento determinado. Presión de prueba conjunta de resistencia y estanquidad o prueba combinada (CTP): Presión a la que es sometida una instalación en el momento de la prueba conjunta de resistencia y estanquidad. Presión de prueba de estanquidad: Presión a la que es sometida una instalación en el momento de la prueba de estanquidad. Presión de prueba de resistencia (STP): Presión a la que es sometida una instalación en el momento de la prueba de resistencia mecánica. Presión de tarado: Presión preestablecida a la que se ajustan cada una de las funciones de un regulador o válvula de seguridad. 1. Todas las presiones mencionadas son presiones relativas Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 0. Terminología de instalaciones receptoras y aparatos a gas Revisión 0 Octubre 2008 Página 27 de 28 Presión máxima de operación (MOP): Presión máxima a la que la instalación puede verse sometida de forma continuada en condiciones normales de operación. NOTA: “Condiciones normales de operación” significa que no existe mal funcionamiento de los dispositivos, ni variaciones de caudal de gas. Presión máxima en caso de incidente (MIP): Presión máxima a la que se prevé puede verse sometida una instalación durante un breve instante de tiempo, limitada por los sistemas de seguridad. Presión temporal de operación (TOP): Presión máxima a la que puede operar temporalmente una instalación, bajo control de los elementos (dispositivos) de regulación. 0.18. SOLDADURA DE TUBOS Y ACCESORIOS Soldadura blanda: Soldadura en la que la temperatura de fusión del material de aportación es inferior a 450 ºC, e igual o superior a 220 ºC. Soldadura fuerte: Soldadura en la que la temperatura de fusión del material de aportación es superior o igual a 450 ºC. 0.19. VENTILACIÓN Y PROTECCIÓN DE TUBERÍAS Cámara sanitaria: Espacio hueco no practicable situado entre el terreno y el forjado estructural del suelo del edificio. Conducto de tuberías: Canal cerrado de obra o metálico que puede alojar varias tuberías de gas. Fuente: Gas natural SDG Conducto Tuberías de gas Pasamuros: Tipo de vaina destinada a alojar la tubería de gas para darle protección cuando deba atravesar un muro o pared. Pared o techo Pared o muro Vaina Relleno del hueco mediante material de construcción adecuado Tubería de gas Pasta no endurecible de relleno Fuente: Gas natural SDG Tubería Puerta o registro estanco: Puerta o registro que siendo ciego se ajusta a su marco en todo su perímetro mediante una junta de estanquidad. Tallo: Elemento de transición o conexión que facilita el tránsito de la parte enterrada a la parte aérea de la instalación receptora, o viceversa. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 0. Terminología de instalaciones receptoras y aparatos a gas Revisión 0 Octubre 2008 Página 28 de 28 Tramo ascendente de la instalación receptora de cobre o acero Soldadura: Cobre-cobre Acero-acero Fuente: Gas natural SDG Tallo normalizado de cobre o acero Vaina: Conducto de material adecuado a su función que sólo puede contener una tubería de gas. Fuente: Gas natural SDG Tubería de gas Vaina Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas Revisión 0 Octubre 2008 Página 1 de 56 Parte 1 Matemáticas Preparado: E. Alberto Hernández Martín Responsable Calidad Revisado: Ana María García Gascó Director de certificación Aprobado: Ana María García Gascó Secretaria Consejo de Administración Firma y fecha: 2008.10.16 Firma y fecha: 2008.10.20 Firma y fecha: 2008.10.24 Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas Revisión 0 Octubre 2008 Página 2 de 56 Índice 1.1. Introducción ............................................................................................................................. 4 1.2. Números enteros y decimales ................................................................................................... 1.2.1. Números enteros ........................................................................................................... 1.2.2. Números decimales........................................................................................................ 4 4 4 1.3. Operaciones básicas con números enteros y decimales (máx. 4 enteros y 3 decimales) .............. 1.3.1. Operaciones básicas con números enteros ..................................................................... 1.3.1.1. Suma ............................................................................................................... 1.3.1.2. Resta ............................................................................................................... 1.3.1.3. Multiplicación y división ................................................................................... 1.3.1.4. División ........................................................................................................... 1.3.2. Operaciones básicas con números decimales.................................................................. 1.3.2.1. Suma de decimales: ......................................................................................... 1.3.2.2. Resta de decimales .......................................................................................... 1.3.2.3. Multiplicación de decimales ............................................................................. 1.3.2.4. División de decimales ....................................................................................... 5 5 5 5 6 7 7 7 8 8 8 1.4. Números quebrados. Reducción de un número quebrado a un número decimal ....................... 1.4.1. Equivalencia de quebrados ............................................................................................ 1.4.2. Lectura de quebrados .................................................................................................... 1.4.3. Simplificación de quebrados .......................................................................................... 1.4.4. Reducción a común denominador ................................................................................. 1.4.5. Reducción de un número quebrado a un número decimal ............................................. 9 10 10 11 11 12 1.5. Números negativos. Operaciones (sólo categorías B y A) ....................................................... 1.5.1. Números negativos ........................................................................................................ 1.5.2. Significado de los signos + y - ........................................................................................ 1.5.3. Valor absoluto ............................................................................................................... 1.5.4. Operaciones con números negativos .............................................................................. 1.5.4.1. Suma ............................................................................................................... 1.5.4.2. Resta ............................................................................................................... 1.5.4.3. Multiplicación y división ................................................................................... 1.5.4.4. Operaciones combinadas ................................................................................. 12 12 13 13 13 13 15 15 15 1.6. Proporcionalidades ................................................................................................................... 17 1.6.1. Razones ....................................................................................................................... 17 1.6.2. Proporciones.................................................................................................................. 17 1.7. Escalas (sólo categorías B y A) .............................................................................................. 18 1.8. Regla de tres simple ................................................................................................................. 20 1.8.1. Regla de tres simple directa ........................................................................................... 20 1.8.2. Regla de tres simple inversa ........................................................................................... 21 1.9. Porcentajes .............................................................................................................................. 21 1.9.1. Tanto por ciento ............................................................................................................ 21 1.9.2. Tanto por uno................................................................................................................ 22 Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas Revisión 0 Octubre 2008 Página 3 de 56 1.10. Sistema internacional de unidades ........................................................................................... 1.10.1. Unidades de medida de longitud (m, dm, cm, mm) .................................................... 1.10.2. Unidades de medida de superficie (m2, dm2, cm2, mm2) .............................................. 1.10.3. Unidades de medida de volumen (m3, dm3, l, cm3, mm3)............................................. 23 23 23 23 1.11. Potencias y raíces cuadradas. Potencias en base 10 y exponente negativo (sólo categorías B y A) ......................................................................................................... 1.11.1. Potencias ................................................................................................................... 1.11.2. Representación de una potencia ................................................................................. 1.11.3. Potencias de base 10 con exponente entero ............................................................... 1.11.4. Lectura de una potencia ............................................................................................. 1.11.5. Propiedades de las potencias ...................................................................................... 1.11.6. Potencias de exponente negativo ............................................................................... 1.11.7. Raíces cuadradas ........................................................................................................ 1.11.8. Cálculo de la raíz cuadrada......................................................................................... 1.11.8.1. Cálculo de la raíz cuadrada de un número entero ........................................ 24 24 24 25 26 27 28 28 28 29 1.12. Líneas: rectas y curvas, paralelas y perpendiculares, horizontales, verticales e inclinadas ........... 34 1.13. Ángulo: denominación. Unidades angulares (sistema sexagesimal). Ángulo recto, agudo, obtuso................................................................................................... 1.13.1. Denominación de los ángulos. .................................................................................... 1.13.2. Tipos de ángulos ........................................................................................................ 1.13.3. Unidades angulares (sistema sexagesimal)................................................................... 1.13.4. Representación de los grados, minutos y segundos. .................................................... 35 35 36 37 38 1.14. Concepto de pendiente ........................................................................................................... 38 1.15. Polígonos: cuadrado, rectángulo y triángulo ............................................................................ 1.15.1. Tipos de polígonos ..................................................................................................... 1.15.2. Cuadrado ................................................................................................................... 1.15.3. Rectángulo ................................................................................................................. 1.15.4. Paralelogramos........................................................................................................... 1.15.5. Triángulos................................................................................................................... 38 39 40 40 40 41 1.16. Circunferencia. Círculo. Diámetro ............................................................................................ 42 1.17. Superficies regulares: cuadrado, rectángulo y triángulo (sólo categorías B y A) ..................... 1.17.1. Área del rectángulo .................................................................................................... 1.17.2. Área del cuadrado ...................................................................................................... 1.17.3. Área del triángulo ...................................................................................................... 43 43 44 44 1.18. Superficies irregulares: triangulación (sólo categorías B y A) ................................................. 44 1.19. Volúmenes: paralalepípedos .................................................................................................... 45 1.20. Volúmenes: cilindros (sólo categorías B y A) ......................................................................... 46 1.21. Representación de gráficas (sólo categorías B y A) ............................................................... 1.21.1. Ejes de coordenadas ................................................................................................... 1.21.2. Representación de puntos en el plano ........................................................................ 1.21.3. Representación de funciones ...................................................................................... 1.21.4. Interpretación de gráficos ........................................................................................... 47 47 48 50 53 Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas Revisión 0 Octubre 2008 Página 4 de 56 1 MATEMÁTICAS 1.1. INTRODUCCIÓN El presente capítulo recoge los conocimientos básicos en matemáticas necesarios para instaladores autorizados de gas de las categorías A, B y C. 1.2. NÚMEROS ENTEROS Y DECIMALES 1.2.1. Números enteros Son aquellos que nos permiten representar partes enteras; por ejemplo: 1 un libro 2 dos libros 3 tres libros 1.2.2. Números decimales Los números que nos permiten representar fracciones de la unidad entera se llaman fraccionarios. Los números fraccionarios, según su representación, los podemos dividir en dos grupos: ß Números decimales ß Números quebrados En un número decimal podemos distinguir dos partes: la parte entera y la parte decimal, las cuales se encuentran separadas por una coma. La parte entera es la situada a la izquierda de la coma y la parte decimal se encuentra a la derecha de la coma. 2,46 2 es la parte entera del número 2,46 2,46 46 es la parte decimal del número 2,46 La primera cifra después de la coma representa el número de décimas partes de la unidad, la segunda el número de centésimas partes, la tercera el número de milésimas partes, y así sucesivamente. De esta forma 2,46 representa 2 unidades enteras, 4 décimas de una unidad y 6 centésimas de una unidad. 1 unidad entera 4 décimas partes 6 centésimas partes Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas Revisión 0 Octubre 2008 Página 5 de 56 1.3. OPERACIONES BÁSICAS CON NÚMEROS ENTEROS Y DECIMALES (MÁX. 4 ENTEROS Y 3 DECIMALES) 1.3.1. Operaciones básicas con números enteros Puesto que más adelante se verán las operaciones con números negativos, aquí se trata exclusivamente de los números enteros positivos o números naturales. 1.3.1.1. Suma Para sumar dos números naturales (+5) + (+3) = (+8) gráficamente haríamos (+5) (+3) 0 (+8) Como vemos, al sumar gráficamente, ponemos una flecha detrás de otra. El resultado es una flecha de longitud igual a la suma de las otras dos. La suma de números naturales tiene las siguientes propiedades: ß Operación interna: la suma de dos números naturales es otro número natural Ejemplo: 5 + 3 = 8; 8 es también un número natural ß Propiedad conmutativa: al sumar dos números naturales no importa el orden en que se sumen Ejemplo: 5 + 3 = 8; 3+5=8 ß Propiedad asociativa: al sumar tres o más números naturales no importa el orden en que se agrupen para sumarlos de dos en dos Ejemplo: 5 + (3 + 8) = 5 + 11 = 16 (5 + 3) + 8 = 8 + 8 = 16 ß Elemento neutro: si a un número natural se le suma 0 el resultado es el mismo número Ejemplo: 5 + 0 = 5 1.3.1.2. Resta Al restar se quita del número mayor (minuendo) el valor del número menor (substraendo). Se escribe primero el minuendo y seguidamente el substraendo. El resultado de la resta se llama diferencia. Propiedades de la resta: ß La resta no es una operación interna en el conjunto de números naturales (no siempre la resta de dos números naturales es un número natural, sólo si el minuendo es mayor que el sustraendo) Ejemplo: 5 - 3 = 2 3 - 5 = -2 2 es un número natural -2 no es un número natural Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas Revisión 0 Octubre 2008 Página 6 de 56 ß La resta no tiene la propiedad conmutativa (no podemos intercambiar la posición del minuendo con la del sustraendo). Ejemplo: 5 - 3 = 2 pero 3 - 5 no es igual a 2 ß Tampoco tiene la propiedad asociativa ya que el orden en que se agrupen influye en el resultado. Ejemplo: 5 - (3 + 8) = -6 (5 - 3) + 8 = 10 ß Si sumamos o restamos el mismo número al minuendo y al substraendo obtenemos la misma diferencia. Ejemplo: 5 - 3 = 2 Si sumamos el número 4 al minuendo y al sustraendo tenemos: 5+4=9 3+4=7 9-7=2 1.3.1.3. Multiplicación y división La multiplicación (o producto) de dos números naturales consiste en sumar el primero (multiplicando) consigo mismo tantas veces como indica el segundo (multiplicador) se representa por los símbolos × ó ·. Ejemplo: 5 × 3 significa 5 + 5 + 5 (3 veces) La multiplicación tiene las siguientes propiedades: ß Es una operación interna: el producto de dos números naturales es otro número natural Ejemplo: 5 × 3 = 15; 15 es un número natural ß Propiedad conmutativa: al multiplicar dos números naturales no importa el orden en que se multipliquen Ejemplo: 5 × 3 = 15 3 × 5 = 15 ß Propiedad asociativa: al multiplicar tres números naturales entre sí no importa el orden en que se agrupen para multiplicarlos de dos en dos Ejemplo: 5 × (3 × 8) = 5 × 24 = 120 (5 × 3) × 8 = 15 × 8 = 120 ß Propiedad distributiva: al multiplicar la suma de dos números por un tercero el producto es el mismo que si se suman los productos de cada sumando por el tercer número. Ejemplo: 5 × (3 + 8) = 5 × 3 + 5 × 8 En efecto: 5 × 11 = 55 5 × 3 = 15 5 × 8 = 40 15 + 40 = 55 ß Elemento neutro: al multiplicar un número natural por el número 1 el resultado es el mismo número Ejemplo: 5 × 1 = 5 Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas Revisión 0 Octubre 2008 Página 7 de 56 ß Al multiplicar un número natural por el número 0 el resultado es 0. Ejemplo: 5 × 0 = 0 1.3.1.4. División La división es la operación inversa de la multiplicación. Cuando un número se divide por otro, al primero se le llama dividendo y al segundo divisor. El resultado de la división es el cociente. La división entre dos números naturales requiere que el dividendo sea mayor que el divisor. La división puede ser exacta o inexacta. En este último caso hay, además, un resto. Ejemplo 1: Queremos dividir 20 por 4. Ello significa determinar cuántas veces “cabe” 4 en 20. En el gráfico siguiente podemos llegar a poner una bola de las 20 que hay en el círculo grande, en cada uno de los cuatro círculos menores, hasta 5 veces. El cociente es, pues, 5 y la división es exacta. Para efectuar la división de modo manual, el dividendo y el divisor se disponen normalmente como sigue: dividendo 20 4 resto 0 5 divisor cociente Ejemplo 2: Queremos dividir 22 por 4. Procediendo de manera análoga vemos que nos sobran 2 bolas después de haber colocado 5 en cada círculo menor. En este caso la división es inexacta y el resto es 2. Para comprobar si una división es correcta se multiplica el divisor por el cociente y se le suma, en su caso, el resto. El resultado debe coincidir con el dividendo. 1.3.2. Operaciones básicas con números decimales 1.3.2.1. Suma de decimales: Para sumar decimales lo único que debemos tener en cuenta es que las comas coincidan en la misma columna. Ejemplo: Para sumar 825,003 más 77,86 más 0,125 más 7,2 dispondremos las cantidades de la siguiente forma: 825,003 + 77,86 0,125 7,2 Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas Revisión 0 Octubre 2008 Página 8 de 56 añadimos ceros a la derecha para igualar los decimales y efectuamos la suma: 825,003 77,860 + 0,125 7,200 910,188 1.3.2.2. Resta de decimales Para restar dos números decimales, debemos colocar, como en la suma, las comas en la misma columna, el número al cual le restamos arriba y el número que restamos abajo. Ejemplo: Para efectuar la resta 1596,17 menos 896,888 dispondremos las cantidades de la siguiente forma: - 1596,17 896,888 añadiremos ceros a la derecha para igualar los decimales y efectuaremos la resta: - 1596,170 896,888 699,282 1.3.2.3. Multiplicación de decimales En la multiplicación es indiferente la colocación de los números. Lo que si hay que tener en cuenta es, una vez resuelta la multiplicación operando como si fueran enteros, separar tantas cifras decimales en el producto como cifras decimales haya sumando las de los dos factores. Ejemplo: Para multiplicar 137,066 × 25,4. La operación se puede presentar de la siguiente manera: × 137,066 25,4 548264 685330 274132 3481,4764 Aquí vemos cuatro cifras decimales (tres en el multiplicando y una en el multiplicador) y esas son las que hemos separado. 1.3.2.4. División de decimales En primer lugar suprimimos la coma del divisor, multiplicando el dividendo y el divisor por 1 seguido de tantos ceros como decimales tiene el divisor, es decir el número que divide. En el siguiente ejemplo el divisor tiene tres decimales, luego la primera operación a realizar es multiplicar el dividendo y el divisor por 1000. Ejemplo: Efectuar la siguiente división: 3641,3 321,008 Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas Revisión 0 Octubre 2008 Página 9 de 56 Una vez multiplicado el dividendo y el divisor por 1000 nos queda: 3641300 3641,300 321008 = 321,008 3641300,0 321008 y ahora se divide normalmente hasta que llegamos a la coma. 3641300 321008 431220 11 110212 a continuación ponemos la coma en el resultado. Y operamos con los decimales añadiendo ceros al dividendo hasta tener el cociente con el número de decimales deseado. 3641300,0 4312200 1102120 139096 321008 11,3 1.4. NÚMEROS QUEBRADOS. REDUCCIÓN DE UN NÚMERO QUEBRADO A UN NÚMERO DECIMAL Llamamos números quebrados a los que nos permiten representar las partes iguales de la unidad entera. Si dividimos la unidad en dos partes iguales, cada una de ellas es una mitad y se representa por 1/2. Si la unidad la dividimos en tres partes iguales, cada una de ellas es un tercio y se representa por 1/3. De acuerdo con esto tendremos: una mitad 1/2 un quinto 1/5 un octavo 1/8 un tercio 1/3 un sexto 1/6 un noveno 1/9 un séptimo 1/7 un décimo 1/10 un cuarto 1/4 5/6 1/6 Si de una chocolatina de seis pastillas, cogemos una pastilla, significa que hemos tomado 1/6 de la chocolatina. En un quebrado podemos distinguir dos partes: el numerador y el denominador. El denominador representa las partes en que hemos dividido la unidad y el numerador las partes que tomamos de la misma. El numerador se sitúa arriba y el denominador abajo. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas 3 4 3 4 Revisión 0 Octubre 2008 Página 10 de 56 3 es el numerador del quebrado 3/4 4 es el denominador del quebrado 3/4 1.4.1. Equivalencia de quebrados Sean los quebrados 1/2 y 2/4, y los vamos a representar mediante las siguientes figuras: 1/2 1/2 2/4 1/2 significa que hemos dividido el círculo en 2 partes y hemos tomado una. 2/4 significa que hemos dividido el círculo en 4 partes y hemos tomado dos: Como vemos, la superficie gris en el primer círculo es la misma que la suma de las dos grises en el segundo círculo. Por tanto 1/2 y 2/4 representan la misma superficie, y estos quebrados se dice que son equivalentes. Dos quebrados son equivalentes cuando representan la misma cantidad. Si en un quebrado multiplicamos o dividimos el numerador y el denominador por un mismo número, el quebrado que obtenemos es equivalente al primero, ya que representa la misma cantidad. Vamos a comprobarlo: Multiplicando el numerador y el denominador de 6/12 por 3, se obtiene: 6 6×3 18 1 = = = = 0,5 12 12 × 3 26 2 Dividiendo el numerador y el denominador de 6/12 por 2, se obtiene: 6 6 3 1 = 2 = = = 0,5 12 12 6 2 2 1.4.2. Lectura de quebrados En este mismo apartado ya hemos visto como se leen los quebrados cuyo denominador es inferior a 11. Cuando el denominador es igual o mayor que 11 leeremos el quebrado nombrando al numerador seguido del denominador y de la palabra avo si el numerador es 1 o avos si el numerador es distinto de uno, de esta forma tendremos: Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas 1 un doceavo un doceavo 12 Revisión 0 Octubre 2008 Página 11 de 56 2 dos doceavos dos doceavos 12 1.4.3. Simplificación de quebrados Consiste en dividir el numerador y el denominador por el mismo número tantas veces como sea posible, por ejemplo: 18 9 y dividimos el numerador y el denominador por 2 tendremos: si los dividi24 12 3 mos por 3 obtendremos: Como no es posible dividir el numerador y el denominador por otro 4 Si tenemos número, no es posible simplificar más el quebrado. Debemos observar que 18 3 y son dos quebrados equivalentes. 24 4 1.4.4. Reducción a común denominador Para sumar o restar quebrados es necesario que los denominadores de todos los quebrados que intervienen en la operación sean iguales. Esto se consigue multiplicando el numerador y el denominador de cada uno de los quebrados por el producto de los denominadores de todos los demás, denominándose a esta operación reducción a común denominador. Por ejemplo, si tenemos que realizar una operación de suma o resta con los siguientes quebrados. 1 3 2 2 4 3 Para que todos tengan el mismo denominador, realizaremos las siguientes operaciones: 1 multiplicaremos el numerador y el denominador del primer quebrado, , por el producto de los 2 denominadores de los otros quebrados, es decir por 4 × 3 12 1× 4 × 3 1 = es equivalente a 24 2 × 4 ×3 2 3 multiplicaremos el numerador y el denominador del segundo quebrado , por el producto de 4 los denominadores de los otros quebrados, es decir por 2 × 3 18 3×2×3 3 = es equivalente a 24 4 ×2×3 4 2 multiplicaremos el numerador y el denominador del tercer quebrado, , por el producto de los 3 denominadores de los otros quebrado por el producto de los denominadores de los otros quebrados, es decir 2 × 4 16 2×2×4 = 24 3 ×2 × 4 es equivalente 2 3 En todos ellos el denominador común es 24 y por consiguiente se cumple: 12 18 16 46 23 1 3 2 — + –– + –– es equivalente a —- + ––– + ––– = —– = ––– 24 24 24 24 12 2 4 3 Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas Revisión 0 Octubre 2008 Página 12 de 56 1.4.5. Reducción de un número quebrado a un número decimal Para convertir un número quebrado en un número decimal basta dividir el numerador por el denominador. De esta forma: 1/4 equivale a 0,25 1.5. NÚMEROS NEGATIVOS. OPERACIONES (sólo categorías B y A) 1.5.1. Números negativos Tracemos una recta infinita (tan larga como queramos) hacia la derecha y hacia la izquierda, y marquemos un punto al que llamaremos punto cero u origen. Tomemos, además, una longitud arbitraria (la que queramos) que servirá de unidad de medida. 0 1 punto cero unidad = 1 Pongamos dicha unidad de longitud repetidas veces hacia la derecha. De este modo podremos representar cualquier número entero positivo sobre la recta. 0 1 2 3 Haciendo la misma operación por la izquierda del origen podemos representar cualquier número entero negativo. En la siguiente representación hemos señalado un punto a la izquierda del punto cero con el número -2. -3 -2 -1 0 1 2 3 Este número nos indica que el punto se encuentra a la izquierda del origen y que la distancia al punto cero es de dos unidades. Los puntos situados a la izquierda del punto cero representan los números negativos, y siempre se indican con el signo menos delante (“-”). Algunas veces hemos utilizado números negativos. Por ejemplo, cuando hace mucho frío, decimos que la temperatura es de 7 grados bajo cero. Podemos indicarlo de otra forma: la temperatura es menos 7 grados (-7). Cuando dos números son iguales pero su signo es distinto, diremos que son opuestos. De esta forma las siguientes parejas de números, uno positivo y otro negativo, están formadas por números opuestos. 3,25 +6 1.525 -3,25 -6 -1.525 La suma de dos números opuestos, siempre es igual a cero, (-3) + (+3) =0 Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas Revisión 0 Octubre 2008 Página 13 de 56 Si subimos -3 peldaños de una escalera, queremos indicar que bajamos 3 escalones. Entonces si subimos (-3) peldaños y luego subimos (+3) peldaños, nos encontraremos en el punto original, no hemos subido ni bajado ningún escalón. 1.5.2. Significado de los signos + y Los signos + y - tienen dos significados diferentes: Para indicar la operación que hay que realizar con dos números (suma o resta). Para indicar si un número es positivo o negativo. Cuando un número es positivo, muchas veces, se suprime su signo. A fin de evitar las confusiones derivadas del doble significado de los signos + y - se utilizan los paréntesis. De esta forma tenemos: (+3) × (-5) × (+16) debemos notar que podemos eliminar los signos de los números 3 y 16, y los paréntesis que los encierran por ser positivos. 3× (-5) × 16 sin que por ello la operación pierda su significado. Cuando un paréntesis va precedido por el signo más, éste puede eliminarse. De esta forma: + (30 - 5) = 30 - 5 Cuando deseamos eliminar un paréntesis que va precedido por el signo menos, debemos cambiar todos los signos de sumar y restar que haya dentro de él. Así - (30 - 5) = - 30 + 5 También podemos aplicar las reglas anteriores a la inversa, de esta forma tenemos: 8 + 9 - 16= + (8 + 9 - 16) - 8 - 9 + 16= - (8 + 9 - 16) 1.5.3. Valor absoluto Llamamos valor absoluto de un número al valor que tiene sin considerar el signo. Así - 7 y + 7 tienen el mismo valor absoluto, 7 1.5.4. Operaciones con números negativos 1.5.4.1. Suma Para sumar dos números positivos (+5) + (+3) = (+8) gráficamente haríamos (+5) (+3) 0 (+8) Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas Revisión 0 Octubre 2008 Página 14 de 56 Como vemos, al sumar gráficamente, ponemos una flecha detrás de otra. El resultado es una flecha de longitud igual a la suma de las otras dos. Para sumar dos números negativos el proceso es similar al de sumar dos números positivos. (-5) + (-3) = (-8) (-3) (-5) 0 (-8) se suman los valores absolutos y al resultado hay que añadirle el signo menos (“-”). Cuando debe realizarse la suma de un número positivo y otro negativo, podemos tener dos casos: que el valor absoluto del número positivo sea mayor que el valor absoluto del número negativo o que el valor absoluto del número negativo sea mayor que el valor absoluto del número positivo. (+5) + (-3) = (+2) (+5) (-3) 0 (+2) (+3) + (-5) = (-2) (+3) (-5) 0 (-2) Si nos fijamos (+5) + (-3) = 5 - 3 = 2 (+3) + (-5) = 3 - 5 = -2 la suma de un número positivo y otro negativo consiste en una resta, en la cual se resta del mayor valor absoluto el valor absoluto menor. Y el signo del resultado es el signo del número de mayor valor absoluto. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas Revisión 0 Octubre 2008 Página 15 de 56 1.5.4.2. Resta Vamos a realizar la siguiente operación, (-5) - (-3) Para ello se eliminan los paréntesis y se opera: -5 + 3 = (-5) + (+3) = -2 como vemos la resta de dos números negativos consiste en la suma de uno positivo y otro negativo. 1.5.4.3. Multiplicación y división Al efectuar el producto o la división de números positivos y negativos debe operarse como si se tratara de números positivos. El signo del resultado se rige por la siguiente regla: Multiplicando Dividendo Multiplicador Divisor Producto Cociente Resto + + + + + - - + - + - - - - + - Ejemplo Efectuar el siguiente producto 250 × (-41) Multiplicamos los valores absolutos 250 × 41 250 1000 10250 y el signo del producto es “-” ya que el multiplicando es positivo y el multiplicador es negativo, luego 250 × (-41) = - 10.250 Efectuar la división siguiente: (-250) : (-41) en primer lugar efectuamos el cociente del valor absoluto 250 4 41 6 como el dividendo es negativo al igual que el divisor, el cociente es positivo y el resto es negativo cociente = 6 resto = - 4 1.5.4.4. Operaciones combinadas Cuando se tiene un conjunto de sumas, restas, multiplicaciones y divisiones, con algunas de ellas encerradas entre paréntesis: 2 +5 − 6 + 4 × (23 + 2) − 2 = 3 Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas Revisión 0 Octubre 2008 Página 16 de 56 debe operarse con el siguiente orden de prioridad: 1) Efectuar las operaciones que se encuentran encerradas entre paréntesis 6 = 2 + 5 − + 4 × 25 − 2 = 3 2) Calcular las multiplicaciones y divisiones = 2 + 5 -2 + 100 - 2 = 3) Agrupar los números positivos y negativos entre paréntesis = (2 + 5 + 100) - (2 + 2) = 4) Sumar los números que se encuentran dentro de cada paréntesis = (107) - (4) = 5) Efectuar la resta = 103 Recordemos que en una operación combinada sin paréntesis donde haya multiplicaciones, divisiones, sumas y restas, la prioridad es: 1. multiplicaciones (×) y divisiones (:) 2. sumas (+) y restas (-) Si tenemos que calcular: 4+5×3 primero efectuaremos el producto 5 × 3, y al resultado le sumaremos 4. 4 + 5 × 3 = 4 + 15 = 19 Si en primer lugar realizáramos la suma de 4 y 5, y el resultado lo multiplicáramos por 3 obtendríamos 27. Este resultado no es correcto y no coincide con el anterior (19). Si en primer lugar debemos efectuar la suma, lo indicaremos mediante unos paréntesis: (4 + 5) × 3 ya que las operaciones que se encuentran encerradas entre paréntesis tienen prioridad sobre el resto de operaciones. Ejemplo: Efectuar la siguiente operación: 7 - ( 2 × 3 + 8 : 2) × 3 + 4 × 5 -11 Para realizar esta operación se han de seguir los cinco pasos indicados teniendo en cuenta el orden de prioridad de las operaciones: 7 - (2 × 3 + 8 : 2) × 3 + 4 × 5 -11 = 7 - (6 + 4) × 3 + 4 × 5 - 11 = 7 - 10 × 3 + 4 × 5 -11 = 7 - 30 + 20 - 11 = (7 + 20) - (30 + 11) = 27 - 41 = - 14 Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas Revisión 0 Octubre 2008 Página 17 de 56 1.6. PROPORCIONALIDADES 1.6.1. Razones A todo cociente de dos números se le puede llamar también razón, y escribirse con los números separados por dos puntos (:) o como quebrados. Por ejemplo: 3: 5 3 5 6:11 6 11 Razón 6 es a 11 6 ó 6 :11 11 se lee se escribe A los números que forman la razón se les llama términos de la razón. Al término que se encuentra a la izquierda o arriba de la razón se le llama antecedente, y el que se encuentra a la derecha o abajo consecuente. 3 :4 4 es el término consecuente antecedente 3 4 3 : 3 es el término 3 4 4 Para hallar el valor de una razón, del mismo modo que para hallar el valor de un quebrado, debemos dividir el término antecedente por el consecuente. 1.6.2. Proporciones Se le llama proporción a dos razones que tengan el mismo valor, por ejemplo, 3 : 5 y 6:10. 3 es a 5 como 6 es a 10 Proporción 3 5 se lee = 6 10 se escribe A los términos de una proporción se les llama extremos y medios. Los términos extremos son los que se leen en primer y último lugar, y los medios son los que se leen en segundo y tercer lugar. Si colocamos una proporción en forma de quebrado, los extremos son el antecedente de la primera razón y el consecuente de la segunda. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas 3 extremo = 5 Revisión 0 Octubre 2008 Página 18 de 56 6 10 extremo Los medios son el consecuente de la primera razón y el antecedente de la segunda. 3 medio = 5 6 medio 10 En una proporción, el producto de extremos es siempre igual al producto de medios. Vamos a demostrarlo, sea la siguiente proporción: 3 5 = 6 10 donde 3 y 10 son los extremos y 5 y 6 son los medios. El producto de los extremos 3 y 10 es: 3 × 10 = 30 y el producto de los medios 5 y 6 es: 5 × 6 = 30 como podemos observar el producto de 3 y 10 (extremos) es igual al producto de 6 y 5 (medios). 1.7. ESCALAS (sólo categorías B y A) Para realizar trabajos nos basamos en dibujos que nos dan una idea suficientemente exacta de aquello que tenemos que realizar. Estos dibujos están incluidos en los proyectos de las obras a realizar, pero no están dibujados a tamaño natural porque esto sería imposible en la mayoría de los casos. Habrás observado que entre estos dibujos y la forma real de la instalación existe una proporción, de modo que si una tubería tiene doble longitud que otra en el dibujo, tiene asimismo doble longitud en la realidad, conservándose las proporciones. Esto es debido a que estos dibujos están realizados a escala. Una escala es una unidad de medida que guarda una determinada proporción conocida con la unidad de medida real. Así, dibujamos los elementos a escala utilizando esta nueva unidad de medida. Las medidas que aparecen reflejadas en los planos a escala se denominan cotas. Veamos un ejemplo sencillo de escala de reducción: Supongamos que tenemos un objeto que mide 9 × 4 m, el cual deseamos representar en un papel cuyas medidas son 1 × 0,5 m. Entonces nos conviene coger la escala “1 es a 10” que se escribe ESCALA: 1:10 y que significa que cada metro en el papel equivale a 10 metros en la realidad, o lo que es lo mismo, todas las medidas del dibujo son las del objeto representado divididas por diez. Así, para realizar el dibujo, iremos midiendo el objeto en dimensiones reales; dividiremos estas medidas por 10 y las trasladaremos al papel, consiguiendo así un dibujo a escala: 1:10. Igualmente si tenemos un dibujo hecho a escala: 1:10 y queremos saber cualquier medida real de un elemento en él representado, bastará que midamos este elemento sobre el dibujo y las dimensiones obtenidas las multiplicamos por 10 para tener sus dimensiones reales. Las escalas se escogen siempre a conveniencia, para poder representar aquello que nos interesa sobre un papel de dimensiones adecuadas para su manejo, así para dibujar un camión a escala podríamos utilizar una escala 1:10 ó 1:25, pero para dibujar el plano de una urbanización utilizaríamos escalas de 1:1.000, 1:2.500 ó 1:5.000 según el tamaño de la misma. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas Revisión 0 Octubre 2008 Página 19 de 56 Veamos ahora un ejemplo real: Fíjate en el plano representado en la figura siguiente. Está dibujado a ESCALA: 1:50. Cocina Comedor C. Baño C. Baño Dormitorio Si ahora mides cualquier elemento representado en el plano y multiplicas por 50 la medida obtenida del dibujo, sabrás cuál es la dimensión real del mencionado objeto. En el plano las dimensiones de la caldera son 13 mm × 6 mm. En la realidad sus dimensiones son 65 cm × 30 cm. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas Revisión 0 Octubre 2008 Página 20 de 56 Si realizas esta operación con un elemento acotado, por ejemplo la cocina de gas, verás que la medida real del elemento coincide con el valor que viene en la cota. Haz algunas comprobaciones. Fíjate ahora que para dibujar en este plano un nuevo elemento, deberíamos dividir por 50 las medidas reales del nuevo elemento y dibujarlo con las nuevas medidas. Así, si se tratara de un radiador de calefacción, que tuviera una longitud de 1 m deberíamos dibujarlo sobre papel con una longitud de 1 m : 50 m = 0,02 m = 2 cm. Escalas de ampliación: Al igual que existen escalas de reducción también se utilizan escalas de ampliación. Estas escalas se utilizan cuando se quieren representar con detalle elementos muy pequeños. La obtención de las medidas reales se consiguen realizando las operaciones opuestas a las indicadas en el apartado anterior. 1.8. REGLA DE TRES SIMPLE La regla de tres nos permite resolver problemas que dependen de una proporción. Se llama regla de tres porque siempre hay tres términos conocidos y uno desconocido. Ejemplo: Hemos comprobado que en 5 minutos salen por una tubería 100 litros de agua. ¿Cuántos litros saldrán en una hora? 5 min 60 min 100 l xl Los litros que salen en una hora (= 60 minutos) son proporcionales a los que salen en 5 minutos, por tanto tenemos una proporción. Llamemos x a los litros que salen en una hora, entonces podemos decir 5 es a 60 como 100 es a x, y escribiremos 5 100 ––– = –––– 60 x Sabemos que el producto de extremos es igual al producto de medios 5 . × = 60 × 100 dividiendo por 5 las expresiones a cada lado del signo igual, tenemos x = 60 ⋅ 100 = 1.200 litros 5 La regla de tres puede ser directa o inversa. 1.8.1. Regla de tres simple directa La regla de tres directa se aplica cuando las magnitudes del problema son directamente proporcionales, es decir, van de más a más, o de menos a menos. Ejemplo: Un coche en 2 horas recorre 150 km. ¿Cuántos km recorrerá en 9 h? 2h 150 km 9h x km Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas Revisión 0 Octubre 2008 Página 21 de 56 Cuantas más horas el coche circule, más kilómetros recorrerá, por tanto tenemos una regla de tres directa. Podemos escribir, de forma similar al problema anterior: 2 150 ––– = –––– 9 x despejando x tendremos: 9 · 150 x = –––––––– = 676 km 2 1.8.2. Regla de tres simple inversa Esta regla se aplicará cuando las magnitudes del problema son inversamente proporcionales, es decir, van de menos a más, o de más a menos. Ejemplo: Un gas al circular por el interior de una tubería a una velocidad de 3 m/s, tarda en realizar un recorrido 8 segundos. ¿Cuánto tiempo tardará en realizar el mismo recorrido a una velocidad de 7 m/s? 3 m/s 8s 7 m/s xs Cuanto mayor sea la velocidad, menor es el tiempo que tardará en realizar el mismo recorrido, por tanto debemos aplicar la regla de tres inversa para resolver el problema. En la regla de tres simple directa el planteamiento sería: 3 7 = 8 x Pero en la regla de tres simple inversa se invierte el término de la derecha. El planteamiento es, pues: 3 x = 7 8 despejando x tenemos x = 3⋅8 = 3, 4 segundos 7 1.9. PORCENTAJES 1.9.1. Tanto por ciento El tanto por ciento nos indica de cien unidades cuántas nos corresponden. Es un caso particular de la regla de tres simple directa. En los problemas de porcentajes siempre sabemos que a 100 unidades le corresponden n, y deseamos conocer cuántas unidades le corresponden a m, donde n y m son conocidos, es decir, se plantea la proporción n x = , 100 m despejando x: x=m⋅ n 100 Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas Revisión 0 Octubre 2008 Página 22 de 56 donde: n es el tanto por ciento aplicado m es la cantidad a la que se aplica el tanto por ciento × es la cantidad resultante de aplicar el tanto por ciento a m Ejemplo: Una factura asciende a 160 €, y el comerciante nos indica que realizará un 20 por ciento de descuento. ¿Cuánto deberemos pagar? El comerciante nos indica que por cada 100 € de compra nos descuenta 20, deseamos conocer que descuento corresponde al importe de la factura. x = 160 × 20 = 32 € de descuento 100 por tanto: total factura = importe factura - descuento = 160 - 32 = 128 € 1.9.2. Tanto por uno El tanto por uno nos indica de una unidad cuánto nos corresponde. Si conocemos el tanto por ciento, n, el tanto por uno se obtiene dividiendo n por cien y se deduce de aplicar la siguiente regla de tres simple n x = , 100 1 x=⋅ despejando x n 100 donde: x es el tanto por uno n es el tanto por ciento Ejemplo: Una factura asciende a 160 €, y el comerciante nos indica que realizará un 20 % de descuento, el tanto por uno será pues: ×x = n 20 = = 0, 20 100 100 Es decir, el comerciante nos indica que por cada euro que compremos, nos descuenta 20 céntimos de euro. Para calcular el descuento que nos hace el comerciante utilizando el tanto por uno, planteamos la proporción siguiente 0, 20 ×x = 1 160 ×x = despejando x queda: 0, 20 ⋅ 160 = 0, 20 ⋅160 = 32 € 1 Como habréis observado para calcular el descuento basta multiplicar el importe por el tanto por uno. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas Revisión 0 Octubre 2008 Página 23 de 56 1.10. SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES 1.10.1. Unidades de medida de longitud (m, dm, cm, mm) El Sistema Internacional de Unidades, conocido por sus siglas SI, emplea como unidad de medida de la longitud el metro, cuyo símbolo es m. El metro tiene múltiplos y submúltiplos. En el siguiente cuadro se establecen sus equivalencias: Denominación Símbolo Equivalencia Múltiplos kilómetro hectómetro decámetro km hm dam 1 000 m 100 m 10 m Unidad metro m 1m decímetro centímetro milímetro dm cm mm 1 dm = 0,1 m 1 cm = 0,01 m 1 mm = 0,001 m Submúltiplos 1.10.2. Unidades de medida de superficie (m2, dm2, cm2, mm2) En el Sistema Internacional de Unidades la unidad de superficie (o área) es el metro cuadrado (m2) que equivale a un cuadrado de un metro de lado. 1 metro El metro cuadrado, como todas las unidades, tiene múltiples y submúltiplos, que se resumen en el siguiente cuadro. Denominación Símbolo Equivalencia km2 Múltiplos kilómetro cuadrado hectómetro cuadrado decámetro cuadrado hm dam2 1 000 000 m2 10 000 m2 100 m2 Unidad metro cuadrado m2 1 m2 decímetro cuadrado centímetro cuadrado milímetro cuadrado dm2 cm2 mm2 0,01 m2 0,000 1 m2 0,000 001 m2 Submúltiplos 2 Otras unidades muy empleadas para la medida de las superficies son el área (a) que equivale a 100 m2, y la hectárea (ha) que equivale a 10.000 m2. 1 a = 1 dam2 = 100 m2 1 m2 = 0,01 a 1 ha = 1 hm2 = 10 000 m2 1 m2 = 0,0001 ha Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas Revisión 0 Octubre 2008 Página 24 de 56 1.10.3. Unidades de medida de volumen (m3, dm3, l, cm3, mm3) En el Sistema Internacional de Unidades la unidad de volumen es el metro cúbico (m3), que equivale al volumen de un paralelepípedo cuyas aristas tienen un metro de largo 1m 1 m3 1m 1m El metro cúbico tiene múltiplos y submúltiplos, como nos muestra el siguiente cuadro: Denominación Símbolo Equivalencia km3 hm3 dam3 1 000 000 000 m3 Múltiplos kilómetro cúbico hectómetro cúbico decámetro cúbico Unidad metro cúbico m3 1 m3 decímetro cúbico centímetro cúbico milímetro cúbico dm3 cm3 mm3 0,001 m3 0,000 001 m3 0,000 000 001 m3 Submúltiplos 1 000 000 m3 1000 m3 Otra unidad muy utilizada para la medida de volúmenes es el litro (I), el cual equivale a 1 dm3. 1 I = 1 dm3 Nota: Como símbolo de la unidad litro el SI admite también la L, para evitar confusiones entre la l y el 1. 1.11. POTENCIAS Y RAÍCES CUADRADAS. POTENCIAS EN BASE 10 Y EXPONENTE NEGATIVO (sólo categorías B y A) 1.11.1. Potencias Cuando en un producto dado todos los factores son iguales, al producto se le llama potencia. De esta forma los siguientes productos son potencias. 7×7 5×5x5 3×3×3×3 0,5 × 0,5 × 0,5 × 0,5 × 0,5 × 0,5 1.11.2. Representación de una potencia Una potencia se representa mediante dos números: la base y el exponente. 7 × 7 se representa por 72 porque 7 se repite como factor 2 veces 5 × 5 × 5 se representa por 53 porque 5 se repite como factor 3 veces 3 × 3 × 3 × 3 se representa por 34 porque 3 se repite como factor 4 veces Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas Revisión 0 Octubre 2008 Página 25 de 56 0,5 × 0,5 × 0,5 × 0,5 × 0,5 × 0,5 se representa por 0,56 porque 0,5 se repite como factor 6 veces El número que se repite como factor se llama base. POTENCIAS 52 = 5 × 5 5 es la BASE Así en las siguientes potencias 72 la base es 7 53 la base es 5 34 la base es 3 0,56 la base es 0,5 POTENCIAS 43 = 4 × 4 × 4 4 es la BASE 3 es el EXPONENTE Y el número escrito en la parte superior derecha que indica las veces que se tiene que repetir la base se llama exponente. De forma que en las siguientes potencias 72 el exponente es 2 53 el exponente es 3 34 el exponente es 4 0,56 el exponente es 6 1.11.3. Potencias de base 10 con exponente entero 101 = 10 102 = 10 × 10 = 100 103 = 10 × 10 × 10 = 1.000 104 =10 × 10 × 10 × 10 = 10.000, etc. Las potencias cuya base es 10 nos permiten simplificar la representación de cantidades. El número seis millones, se escribe de la siguiente forma: 6.000.000 pero como 6.000.000 = 6 × 1.000.000 y 1.000.000 = 10 × 10 × 10 × 10 × 10 × 10 = 106 Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas Revisión 0 Octubre 2008 Página 26 de 56 podemos escribirlo también como: 6.000.000 = 6 × 106 Ejemplo Vamos a representar 2.525 de diferentes maneras 2.525 252,5 × 10 25,25 × 102 2,525 × 103 0,2525 × 104 y así sucesivamente 1.11.4. Lectura de una potencia Para leer una potencia: 34 1) Se lee el número que representa la base tres 2) a continuación se pone la frase “elevado a” tres elevado a 3) por último, se lee el número del exponente tres elevado a cuatro Ejemplo Vamos a leer las siguientes potencias: 174 = diecisiete elevado a cuatro 56 = cinco elevado a seis 78 = siete elevado a ocho 354 = treinta y cinco elevado a cuatro Las únicas excepciones las tenemos cuando el exponente es 2 ó 3. Cualquier número que tenga de exponente el número 2, representa el cuadrado de este número. 242 representa el cuadrado de 24 y lo leemos como veinticuatro elevado al cuadrado 72 siete elevado al cuadrado Cualquier número que tenga de exponente el número 3, representa el cubo de este número. 243 representa el cubo de 24 y lo leemos como veinticuatro elevado al cubo 73 lo leemos como siete elevado al cubo Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas Revisión 0 Octubre 2008 Página 27 de 56 1.11.5. Propiedades de las potencias 1) Para elevar un producto a una potencia, se eleva cada factor a dicha potencia. (3 × 4 × 6)28 = 328 × 428 × 628 2) Para elevar un cociente a una potencia, se eleva el dividendo y el divisor a dicha potencia. (3 : 7)14 = 314 : 714 3) Para multiplicar potencias de igual exponente se multiplican las bases y el producto se eleva al exponente. 235 × 135 × 435 = (2 × 1 × 4)35 = 835 4) Para dividir potencias de igual exponente, se dividen las bases y el cociente se eleva al exponente. 2120 : 720 = (21 : 7)20 = 320 5) Para multiplicar potencias que tengan la misma base, se pone por base la misma y por exponente la suma de exponentes. 720 × 730 = 720 +30 = 750 6) Para dividir potencias que tengan la misma base, se pone por base la misma y por exponente la diferencia entre el exponente del numerador y el exponente del denominador. 1685:163 = 1685-3 = 1682 7) Para elevar una potencia a otra potencia se pone por base la de la potencia y por exponente el producto de los exponentes. (1845)3= 1845x3 = 18415 Ejemplo Vamos a reducir a una sola potencia la siguiente expresión: (10 2 ) 6 5 2 × 22 ×x 30 8 × 30 2 3 10 Como (102)6 = 102x6 = 1012 tenemos (10 2 ) 6 5 2 × 22 ×x 30 8 × 30 2 3 10 = 10 12 5 2 × 22 ×x 30 8 × 30 2 3 10 ahora podemos simplificar 52 × 22 = (5 × 2)2 = 102 10 12 5 2 × 22 10 2 30 8 × 30 2 3 10 10 12 simplificamos 10 12 × 10 2 × 10 12 10 2 × 30 8 × 30 2 3 10 = 10 12 − 2 = 10 10 30 8 × 30 2 3 10 = =10 10 × 30 8 × 30 2 3 10 308 × 302 = 308+2 = 3010 por tanto = Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas 30 8 × 30 2 10 10 × 3 10 y como 10 10 × 30 10 × 3 10 30 10 =10 10 × (3 ×10 ) 10 3 10 Revisión 0 Octubre 2008 Página 28 de 56 30 10 = 3 10 3 10 × 10 10 3 10 = 10 10 = 10 10 × 10 10 = 10 10 +10 = 10 20 3 10 1.11.6. Potencias de exponente negativo Supongamos 65 68 aplicando las propiedades que hemos visto 65 68 = 65−8 = 6 5 −3 ¿Que significa 6 -3? Volvamos al principio 65 68 = 6 ×6 ×6 ×6×6 6 ×6 ×6 ×6 ×6 ×6 ×6 ×6 Es decir 6-3 es igual a = 1 6 × 6 ×6 = 1 63 1 63 Un número elevado a un exponente negativo es igual a 1 dividido por el mismo número elevado al valor absoluto del exponente. 1.11.7. Raíces cuadradas Recordemos que las potencias que tienen como exponente el número 2 se llaman cuadrados. De forma que: 92 representa el cuadrado del número 9 Para calcular el cuadrado de un número, éste se multiplica por sí mismo, es decir: 92 = 9 × 9 = 81 La raíz cuadrada de un número es otro número que multiplicado por sí mismo nos da el primero. Raíz cuadrada de 49 es 7 porque 7 por 7 son 49 El signo de la raíz cuadrada es: Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas Revisión 0 Octubre 2008 Página 29 de 56 Algunas raíces cuadradas son sencillas de calcular: 1 = 1 porque 1 × 1=1 24 = 2 porque 2 × 2 = 4 9 = 3 porque 3 × 3 = 9 El número al cual vamos a hallar la raíz cuadrada se llama radical y el resultado es la raíz. En la siguiente raíz cuadrada 81 = 9 81 es el radical y 9 la raíz. Como vemos, para indicar que vamos a hallar la raíz del número 81, lo colocamos debajo del signo . 1.11.8. Cálculo de la raíz cuadrada No todas las raíces cuadradas se pueden calcular de memoria. 1.11.8.1. Cálculo de la raíz cuadrada de un número entero En general, para el cálculo de una raíz cuadrada de un número entero se ha de seguir paso a paso el proceso que se expone a continuación en el ejemplo siguiente Calcular la raíz cuadrada de 122394 1er. paso: Empezando por la derecha se separan las cifras del número en grupos de dos en dos En nuestro ejemplo: 12.23.94 Nota: El primer grupo de la izquierda puede tener una o dos cifras. En ambos casos los pasos a seguir son los mismos. En nuestro ejemplo el primer grupo de la izquierda es 12 que consta de dos cifras. 2.° paso: Se halla la raíz cuadrada del primer grupo de la izquierda, es decir, se busca un número de una cifra que multiplicado por sí mismo nos dé el valor de ese grupo o un valor inmediatamente inferior. En nuestro ejemplo el cuadrado del número buscado ha de ser igual o inferior a 12. Probemos con el 4 4 × 4 = 16 El 4 no nos sirve ya que su cuadrado es mayor que 12. Probemos con el 3 3×3=9 El 3 es el número buscado. Nota: El número hallado se coloca sobre la raya horizontal. 3 12.23.94 3er. paso: El número hallado se eleva al cuadrado y el resultado se resta del primer grupo de la izquierda. 12.23.94 Resto -9 03 3 Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas Revisión 0 Octubre 2008 Página 30 de 56 4.° paso: Se coloca debajo de la raya horizontal el doble de la raíz hallada. En nuestro ejemplo, la raíz hallada es 3 y el doble de 3 es 2 × 3 = 6. Resto 12.23.94 3 -9 6 Doble de la raíz 03 Nota: Debajo se traza otra raya horizontal. 5.° paso: Se baja a la derecha del resto el siguiente grupo de cifras y del número que se forma “se separa” la cifra de las unidades. Resto 12.23.94 3 -9 6 Doble de la raíz 03 23 En nuestro ejemplo el número formado es el 323 del que después de separar las cifras de las unidades, el 3, queda el número 32. 6.° paso: Se busca un número de una sola cifra que multiplicado por el doble de la raíz hallada de un resultado igual o menor que el número del resto que queda sin tener en cuenta la cifra separada. En nuestro ejemplo se ha de buscar un número de una cifra que multiplicado por 6 sea menor que 32, este número es el 5 ya que 6 x 5 = 30 es menor que 32. Nota: Este número de una sola cifra que acabamos de encontrar se coloca a la derecha del doble de la raíz. 12.23.94 3 -9 65 03 23 En nuestro ejemplo, entre el doble de la raíz (6) y el número que acabamos de encontrar (5), se forma el número 65. 7.° paso: Se multiplica el número así formado por la cifra encontrada. En nuestro ejemplo 65 × 5 = 325 Nota: El resultado se coloca a continuación. Resto 12.23.94 3 -9 65 × 5 = 325 03 23 Nota: El resultado obtenido ha de ser menor que el resto, en caso contrario el número que hemos encontrado no sería válido y se tendría que buscar otro menor. En nuestro ejemplo 325 es mayor que 323 por ello el número encontrado, el 5, no es válido y se ha de tomar el 4 y realizar otra vez los pasos 6.° y 7.° Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas Revisión 0 Octubre 2008 Página 31 de 56 8.° paso: Se coloca el producto obtenido debajo del resto y se realiza la resta. 12.23.94 3 -9 64 × 4 = 256 03 23 - 2 56 Resto 0 67 9.° paso: Se sube el número encontrado a la raíz. 12.23.94 34 -9 64 × 4 = 256 03 23 - 2 56 0 67 A continuación se repiten todos los pasos desde el 4.° al 9.° tantas veces como grupos de dos cifras queden por bajar. 4.°) Se coloca debajo de la segunda raya horizontal el doble de la raíz hallada. En nuestro ejemplo la raíz hallada es 34 y su doble 68. Resto 12.23.94 34 -9 64 × 4 = 256 03 23 - 2 56 68 Doble de la raíz 0 67 5.°) Se baja a la derecha del resto el siguiente grupo de cifras y del número que se forma “se separan” las cifras de las unidades. 12.23.94 34 -9 64 × 4 = 256 03 23 - 2 56 68 0 67 94 El número formado es el 6794 del que al separar la cifra de las unidades, el 4, queda el número 679. 6.°) Se busca un número de una sola cifra que multiplicado por el doble de la raíz hallada de un resultado igual o menor que el número del resto que queda sin tener en cuenta la cifra separada. En nuestro ejemplo se ha de buscar un número de una cifra que multiplicado por 68 de un resultado menor que 679. Se prueba con el 9 68 × 9 = 612 El 9 es válido ya que 612 es menor que 679. El número encontrado es el 9. Nota: Este número de una cifra que acabamos de encontrar, el 9, se coloca a la derecha del doble de la raíz. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas 12.23.94 34 -9 64 × 4 = 256 3 23 - 2 56 Revisión 0 Octubre 2008 Página 32 de 56 689 0 67 94 El número formado es el 689. 7.°) Se multiplica el número así formado por la cifra encontrada. 12.23.94 64 × 4 = 256 -9 Resto 34 3 23 - 2 56 689 ×9 = 6201 0 67 94 8.°) Se coloca el producto así obtenido debajo del resto y se efectúa la resta. 12.23.94 34 -9 64 × 4 = 256 3 23 - 2 56 - 689 ×9 = 6201 67 94 62 01 05 93 9.°) Se sube el número encontrado a la raíz. 12.23.94 349 -9 64 × 4 = 256 3 23 - 2 56 Resto - 689 ×9 = 6201 67 94 62 01 05 93 La operación se puede dar por concluida ya que no quedan más grupos de dos cifras con las que operar. El proceso de cálculo de la raíz cuadrada de 122394 seguido en los pasos anteriores se resume a continuación. 12.23.94 349 -9 64 × 4 = 256 3 23 - 2 56 Resto 689 ×9 = 6201 0 67 94 - 62 01 05 93 Respuesta: La raíz cuadrada de 122394 es 394 y el resto 593. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas Revisión 0 Octubre 2008 Página 33 de 56 Cálculo de la raíz cuadrada de un número con decimales Para el cálculo de la raíz cuadrada de un número con decimales se ha de operar siguiendo paso a paso el proceso que se expone a continuación con un ejemplo. Calcular la raíz cuadrada de 75,028 1er. paso: Si el número de cifras decimales es impar se añade un cero a la derecha de la última cifra. En nuestro ejemplo hay un número impar de decimales (tres), luego se añade un cero por la derecha 75,0280. 2.° paso: Se extrae la raíz cuadrada como si fuera un número entero, sin preocuparnos por los decimales, para lo cual se siguen los 9 pasos expuestos en el apartado anterior. 75.02.80 866 - 64 8 × 8 = 64 11 02 - 9 96 166 × 6 = 996 1726 × 6 = 10356 1 06 80 - 1 03 56 0 03 24 3er. paso: Se pone la coma en la raíz de modo que queden tantas cifras decimales como grupos de dos cifras decimales tenía el radical. En nuestro ejemplo, 75 , 02, 30 , el radical tiene dos grupos de cifras decimales, luego la raíz cuadrada calculada en el paso anterior ha de tener dos decimales. Raíz 75.02.80 8,66 - 64 8 × 8 = 64 11 02 - 9 96 166 × 6 = 996 1726 × 6 = 10356 1 06 80 - 1 03 56 Resto 0,03 24 Nota: El resto es un número con tantos decimales como el radical. En nuestro ejemplo ha de tener cuatro decimales. Luego, la raíz cuadrada de 75,028 es 8,66 y el resto 0,0324. Prueba de la raíz cuadrada La prueba de la raíz cuadrada nos permite comprobar si los cálculos realizados han sido correctos, para ello se debe cumplir que (Raíz)2 + resto = radical Apliquemos esta prueba a los dos ejemplos anteriores. Ejemplo 1 (349)2 + 593 = 122394 Ejemplo 2 (8,66)2 + 0,0324 = 75,028 Lo que demuestran que los dos resultados son correctos. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas Revisión 0 Octubre 2008 Página 34 de 56 1.12. LÍNEAS: RECTAS Y CURVAS, PARALELAS Y PERPENDICULARES, HORIZONTALES, VERTICALES E INCLINADAS Una línea es una sucesión de infinitos puntos, uno junto al otro. Según la colocación de estos puntos tendremos diferentes líneas las cuales pueden ser rectas o curvas, la siguiente figura nos las muestra. Recta Curva Cuando se une una línea recta y una curva tenemos una línea mixta, si se unen varias líneas rectas tendremos una línea quebrada. Mixta Quebrada La línea recta considerada aisladamente en el plano, puede adoptar distintas posiciones: vertical, horizontal e inclinada. Vertical Horizontal Inclinada Dos líneas rectas representadas en el plano son paralelas cuando no se cortan en ningún punto, ni ellas ni sus prolongaciones. Cuando se cortan en un punto diremos que son secantes. Paralelas Secantes Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas Revisión 0 Octubre 2008 Página 35 de 56 Las rectas secantes pueden ser perpendiculares y oblicuas. Perpendiculares Oblicuas Son perpendiculares cuando dividen el plano en cuatro partes iguales, en caso contrario diremos que son oblicuas. 1.13. ÁNGULO: DENOMINACIÓN. UNIDADES ANGULARES (SISTEMA SEXAGESIMAL). ÁNGULO RECTO, AGUDO, OBTUSO Dos rectas oblicuas dividen el plano en cuatro regiones, como nos muestra la figura: 2 3 1 4 Cada una de estas regiones define un ángulo. Los segmentos de la recta que lo limitan se llaman lados y el punto donde se cruzan las rectas vértice. Por tanto un ángulo está formado por dos lados y un vértice. o lad Vértice Lado 1.13.1. Denominación de los ángulos A O f Los ángulos los podemos nombrar de tres maneras: B Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas Revisión 0 Octubre 2008 Página 36 de 56 1) Mediante las letras que definen sus lados, intercalando entre ellas la letra correspondiente al vértice: ángulo A O B 2) Mediante la letra de su vértice: ángulo O 3) Mediante una letra minúscula o número que represente el ángulo: ángulo f 4) Es muy frecuente emplear las letras del alfabeto griego para nombrar los ángulos: ángulo α, ángulo β. La palabra ángulo la podemos eliminar si utilizamos el símbolo ∧, el cual representa el ángulo: ángulo A O B equivale a AOB ángulo O equivale a O ángulo f equivale a f ángulo β equivale a β 1.13.2. Tipos de ángulos Cuando dos rectas son perpendiculares dividen el plano en cuatro regiones idénticas, y tenemos cuatro ángulos iguales. A estos ángulos que se obtienen cuando se cruzan dos rectas perpendiculares se les llama ángulos rectos. Cuando el ángulo formado por dos rectas es menor al ángulo recto, tendremos un ángulo agudo. y sí es mayor un ángulo obtuso. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas Revisión 0 Octubre 2008 Página 37 de 56 Un caso particular del ángulo obtuso es el ángulo llano, que como nos muestra la siguiente figura, tiene los lados alineados. 1.13.3. Unidades angulares (Sistema sexagesimal) El SI tiene establecida, dentro de las unidades SI derivadas, como unidad de medida del ángulo plano el radian, que es el ángulo central de una circunferencia en que la longitud del arco es igual al radio. Su símbolo el rad, equivalente a m/m. Fuera del SI, pero aceptadas por éste, existen las siguientes unidades, que constituyen el llamado sistema sexagesimal: Magnitud ángulo plano Unidad Símbolo Equivalencias grado º 1º = (π/180) rad minuto ‘ 1 ' = (1/60)º = (π/10 800) rad segundo “ 1 " = (1/60)’ = (π/648 000) rad Nota: π = 3,1416 aproximadamente La norma ISO 31 recomienda dividir el grado en fracciones centesimales, en lugar de sexagesimales, pero dicha práctica está aún poco extendida. Del cuadro anterior se desprende que 1 rad = 180/π º = 57,296 º = 57º 17' 44". Supongamos que tenemos un ángulo agudo el cual vamos abriendo progresivamente. 1 4 2 5 3 6 En el paso 6 lo hemos abierto al máximo. Si dividimos el ángulo 6 en 360 ángulos agudos iguales, cada uno de ellos representará un grado en el sistema sexagesimal. El grado, a su vez, lo podemos dividir en 60 partes de iguales y cada una de ellas recibe el nombre de minuto. Y el minuto lo podemos dividir en 60 partes iguales, que reciben el nombre de segundos. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas Revisión 0 Octubre 2008 Página 38 de 56 1.13.4. Representación de los grados, minutos y segundos Los grados se indican con un cero pequeño en el lado superior derecho del número, de esta forma noventa grados lo indicaríamos por 90° los minutos se indican con una comilla en el lado superior derecho, treinta minutos lo indicaríamos por 30’ y los segundos mediante dos comillas, así, 45 segundos lo representamos por 45" Ejemplo: Cuarenta y cinco grados, 20 minutos y 10 segundos lo representaríamos por 45° 20’ 10" 1.14. CONCEPTO DE PENDIENTE Se denomina pendiente a la inclinación de un elemento rectilíneo respecto de la horizontal. En el caso particular de la pendiente de una recta es un parámetro relevante en el diseño y construcción de canalizaciones de líquidos o de gases que pueden presentar condensaciones. Si tenemos la recta definida por dos puntos de coordenadas (x1, y1) y (x2, y2), la pendiente m se calcula como sigue: y2 - y1 m = ———— x2 - x1 Una línea horizontal tiene pendiente = 0, mientras que una recta con una inclinación de 45 º respecto a la horizontal tiene pendiente = 1. 1.15. POLÍGONOS: CUADRADO, RECTÁNGULO Y TRIÁNGULO Cuando una línea cierra una porción del plano, diremos que encierra una superficie. Cuando una superficie se encuentra delimitada por una línea quebrada cerrada, tenemos un polígono. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas Revisión 0 Octubre 2008 Página 39 de 56 A cada una de las rectas que forman la línea quebrada se les llama lados del polígono, y al punto de unión de dos lados consecutivos se les llama vértice. A D B C A cada vértice de un polígono le podemos asignar una letra, de esta forma la figura anterior sería el polígono ABCD. Las rectas que unen dos vértices no consecutivos se llaman diagonales. Diagonales La suma de las longitudes de cada uno de los lados de un polígono es el perímetro del polígono. 3m 1,5 m 2m 2,5 m Ejemplo: El perímetro del polígono anterior es 3 + 2 + 2,5 + 1,5 = 9 metros. 1.15.1. Tipos de polígonos Cuando un polígono tiene sus lados iguales decimos que es equilátero. 5m 5m 5m 5m Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas Revisión 0 Octubre 2008 Página 40 de 56 Si además todos los ángulos son iguales, decimos que el polígono es regular. 120˚ 120˚ 120˚ 120˚ 120˚ 120˚ Si un polígono no tiene los lados y los ángulos iguales diremos que es irregular. Veamos algunos polígonos: 1.15.2. Cuadrado El cuadrado es un polígono que tiene los cuatro lados iguales y cuatro ángulos rectos, por tanto es un polígono equilátero y regular. 90˚ 90˚ 90˚ 90˚ Los ángulos del cuadrado suman 360 º 1.15.3. Rectángulo El rectángulo es un polígono que tiene los lados iguales dos a dos y cuatro ángulos rectos. El rectángulo no es un polígono equilátero y por tanto es irregular. Los ángulos del rectángulo suman 360°. 1.15.4. Paralelogramos Los paralelogramos son polígonos de cuatro lados cuyos lados opuestos son paralelos entre sí. Cuadrado Rectángulo Rombo Romboide Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas Revisión 0 Octubre 2008 Página 41 de 56 El cuadrado y el rectángulo son paralelogramos cuyos ángulos son rectos. El rombo y el romboide también son paralelogramos pero sus ángulos no son rectos. Los cuatro ángulos de un paralelogramo suman 360°. De las cuatro figuras representadas, el cuadrado y el rombo son equiláteros, pero sólo el cuadrado es un polígono regular. 1.15.5. Triángulos Es un polígono que tiene tres lados y tres ángulos, los ángulos siempre suman 180°. Cuando el triángulo tiene los ángulos y los lados iguales se le llama triángulo equilátero, y es un polígono regular. A C B A = B = C = 60 º AB = BC = AC Cuando el triángulo tiene dos lados iguales también tiene dos ángulos iguales, se le llama triángulo isósceles, y es un polígono irregular. A C A = C = B = 60 º B AB = AC = AC Cuando el triángulo no tiene ni los lados ni los ángulos iguales se le llama triángulo escaleno. Cuando uno de los ángulos de un triángulo mide 90°, tendremos un triángulo rectángulo. La siguiente figura nos muestra dos triángulos rectángulos, uno isósceles (ABC) y otro escaleno (DEF). Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas A Revisión 0 Octubre 2008 Página 42 de 56 D C B F E C = 90 º A = B = 45 º CA = CB F = 90 º Un triángulo lo podemos representar de tres formas: A A B C C A B C B La base del triángulo es el lado sobre el que descansa el triángulo. La altura de un triángulo es el segmento de perpendicular a la base o a su prolongación que une ésta con su vértice opuesto, tal como se representa en las siguientes figuras. altura altura base base 1.16. CIRCUNFERENCIA. CÍRCULO. DIÁMETRO Si cogemos una cuerda, manteniendo un extremo fijo sobre una pizarra y el otro extremo lo hacemos girar con una tiza atada, cuando hayamos dado una vuelta completa, tendremos la siguiente figura. Se le llama circunferencia y el punto que hemos mantenido fijo se llama centro. La circunferencia es una línea curva, cerrada y plana cuyos puntos están a igual distancia de otro interior llamado centro. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas Revisión 0 Octubre 2008 Página 43 de 56 circunferencia radio x diámetro centro La distancia entre cualquier punto de la circunferencia y su centro se le llama radio. El radio se representa por r. El segmento de recta que une dos puntos de la circunferencia pasando por su centro se le llama diámetro y es igual a dos veces el radio. El diámetro se representa por d. La longitud de la circunferencia nos viene dada por las siguientes fórmulas: L=2·πr o bien L = π · d donde: L es la longitud de la circunferencia (m) π (se lee pi) es constante y vale 3,1416 aproximadamente r es el radio de la circunferencia (m) d es el diámetro de la circunferencia (m). Se llama círculo a la superficie encerrada dentro de una circunferencia. 1.17. SUPERFICIES REGULARES: CUADRADO, RECTÁNGULO Y TRIÁNGULO (sólo categorías B y A) El área es la medida de una superficie encerrada por una línea. 1.17.1. Área del rectángulo a b Para calcular el área de un rectángulo se multiplican las medidas de dos lados consecutivos. S=a·b donde: S es el área del rectángulo (m2) a y b son los lados del rectángulo (m) Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas Revisión 0 Octubre 2008 Página 44 de 56 1.17.2. Área del cuadrado a a El cuadrado es un caso particular de rectángulo que tiene todos sus lados iguales. S= a · a = a2 S = a2 donde: S es el área del cuadrado (m2) a es el lado del cuadrado (m) 1.17.3. Área del triángulo altura (h) base (b) El área de un triángulo es igual a la mitad del producto de la base por la altura S = b ×h 2 donde: S es el área del triángulo (m2) b es la base (m) h es la altura (m) 1.18. SUPERFICIES IRREGULARES: TRIANGULACIÓN (sólo categorías B y A) Sabemos como calcular la superficie de varias figuras básicas: triángulo, cuadrado, rectángulo, círculo. Vamos a ver la forma de calcular la superficie de un polígono irregular. Supongamos que tenemos un solar que tiene la forma del polígono ABCDEFGHI y deseamos calcular su superficie. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas Revisión 0 Octubre 2008 Página 45 de 56 D B E C h1 A h2 H F I G En primer lugar descompondremos el polígono en tantos triángulos como sea posible. Así del polígono ABCDEFGHI obtendremos los siguientes triángulos: ABI, IBH, BCH, CGH, CDG, GDF, DEF Para obtener la superficie total del polígono bastará con obtener la superficie de cada uno de los diferentes triángulos y sumarlas entre sí. Para hallar la superficie de cada triángulo escogeremos para cada uno una base y su correspondiente altura que son los datos que necesitamos para calcular su superficie. De esta forma: para el triángulo ABI tomamos como base su lado Bl y su altura será h1; para el triángulo IBH tomamos como base su lado Bl y como altura h2. y así sucesivamente. A continuación debemos medir los lados escogidos como base y las alturas, hallar la superficie de cada uno de los triángulos y sumarlas. 1.19. VOLÚMENES: PARALALEPÍPEDOS Los cuerpos que están limitados por caras planas reciben el nombre de poliedros. Los paralelepípedos son aquellos poliedros que tienen seis caras planas, que son paralelogramos, siendo iguales y paralelas cada dos caras opuestas entre sí. H H’ G’ x x G E E’ F F’ h’ h D C C’ x x D’ Figura 1 A B A’ B’ Figura 2 Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas Revisión 0 Octubre 2008 Página 46 de 56 La recta en la que se unen las caras se llama arista. En la figura anterior tenemos las aristas: AB, BC, CD, DA, AE, BF, etc. El punto en que se unen tres aristas se llama vértice. En la figura anterior tenemos los vértices: A, B, C, D, E, F, etc. La base es la superficie sobre la que se apoya el paralelepípedo. El paralelepípedo de la figura 1 tiene como base la superficie ABCD y el de la figura 2 es el paralelogramo A’ B’ C’ D’. La altura de un paralelepípedo es el segmento de recta perpendicular a la base o a su prolongación que une ésta y la cara opuesta. En la figura 1 la altura está representada por h y en la figura 2 por h’. El volumen de un paralelepípedo nos viene dado por la fórmula: V = Sb × h donde: V = volumen del paralelepípedo (m3) Sb = superficie del polígono de la base (m2) h = altura del paralelepípedo (m) 1.20. VOLÚMENES: CILINDROS (sólo categorías B y A) El cilindro es una figura que tiene dos caras paralelas entre sí, que son de dos círculos, y una sola cara lateral curva. x x h r r’ x x Figura 1 h’ Figura 2 La altura del cilindro es el segmento de la recta perpendicular a la base o a su prolongación que une esta y la cara opuesta. En el cilindro de la figura 1 la altura está representada por h y en la figura 2 por h’. El volumen del cilindro es igual a la superficie de la base multiplicado por la altura. V = Sb x h o bien V = π x r2 x h donde: V = volumen del cilindro (m3) Sb = superficie de la circunferencia de la base = π r2 (m2) h = altura (m) r = radio de la base (m) Ejemplo: Calcula el volumen del cilindro de la figura. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas Revisión 0 Octubre 2008 Página 47 de 56 x 2,7 m 1,3 m x El radio del cilindro es de 1,3 m y su altura de 2,7. Aplicando la fórmula directamente: V = π. r2 · h = 3,14 x 1,32 x 2,7 = 14,3 m3 El volumen de este cilindro es de 14,3 m3. 1.21. REPRESENTACIÓN DE GRÁFICAS (sólo categorías B y A) En esta unidad vamos a estudiar la representación de puntos en un sistema de ejes de coordenadas, así como la interpretación de gráficas. 1.21.1. Ejes de coordenadas Recordemos que los números los podemos representar sobre una recta graduada en unidades. 0 -0,9 0,5 -1 -2 2,2 2 1 3 En la recta anterior hemos marcado los siguientes puntos: -2; -1; -0,9; 0; 0,5; 1; 2; 2,2; 3; 4 Ahora vamos a trazar dos rectas perpendiculares, una horizontal y otra vertical. 3 2 1 0 -3 -2 -1 1 -1 -2 -3 2 3 4 Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas Revisión 0 Octubre 2008 Página 48 de 56 Sobre estas dos rectas también podemos representar los números. El punto de corte vamos a asignarlo al número 0. En el eje horizontal representaremos los números positivos a la derecha del punto cero y los números negativos a la izquierda. En el eje vertical los números positivos los representaremos por encima del punto cero y los negativos por debajo. Este par de rectas se llaman ejes de coordenadas. El eje horizontal recibe el nombre de eje de abscisas y el vertical el de eje de ordenadas. Los números representados sobre el eje de abscisas se llaman abscisas, y los números representados sobre el eje de ordenadas se llaman ordenadas. El eje de ordenadas y el eje de abscisas dividen el plano en cuatro partes, cada una de ellas se llama cuadrante. Para denominar los cuadrantes se sigue el orden inverso al de las agujas del reloj, tal como se indica en la siguiente figura. Eje de ordenadas segundo primer cuadrante cuadrante tercer cuarto cuadrante cuadrante Eje de abscisas Los puntos del primer cuadrante tienen la abscisa positiva y la ordenada positiva. Los puntos del segundo cuadrante tienen la abscisa negativa y la ordenada positiva. Los puntos del tercer cuadrante tienen la abscisa negativa y la ordenada negativa. Los puntos del cuarto cuadrante tienen la abscisa positiva y la ordenada negativa. 1.21.2. Representación de puntos en el plano Observemos la siguiente figura: Eje de ordenadas 3 Eje de abscisas 3 Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas Revisión 0 Octubre 2008 Página 49 de 56 La recta corta perpendicularmente al eje de abscisas por el punto 3, es decir, la abscisa de todos los puntos de la recta vale 3. Podemos decir que la abscisa es la distancia de un punto al eje de ordenadas. De la misma forma, en la siguiente figura tenemos una recta cuyos puntos cumplen la condición que la ordenada vale 2. Eje de ordenadas 2 2 Eje de abscisas También podemos decir que la ordenada es la distancia de un punto al eje de abscisas. Para definir la situación de un punto es necesario conocer su abscisa y su ordenada. Vamos a representar el punto cuya abscisa es 3 y cuya ordenada es 2. 2 3 Sólo existe un punto en el plano que cumple esta condición. Para indicar un punto de un plano se encierra la abscisa y la ordenada dentro de un paréntesis, separadas por una coma de la siguiente forma: (abscisa, ordenada). En la figura anterior se representó el punto (3, 2). En la siguiente figura se representan puntos en los cuartos cuadrantes. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas Revisión 0 Octubre 2008 Página 50 de 56 4 (-1,4) (3,2) 2 2 -2 3 -1 -2 (-2,-2) (2,-2,5) -2,5 1.21.3. Representación de funciones La fórmula que relaciona el espacio recorrido por un móvil con su velocidad y el tiempo que emplea en recorrerlo es: e=v ×t donde: e = espacio recorrido v = velocidad t = tiempo Por ejemplo, si conocemos la velocidad de un coche, la fórmula anterior nos permite determinar el espacio que recorre en el tiempo transcurrido, es decir, podemos conocer su situación en cada momento. Supongamos que la velocidad de un automóvil es de 30 km/h, el espacio recorrido por el automóvil es: e=v ×t e= 30 t es decir: La relación anterior es una función, porque el espacio recorrido es función del tiempo transcurrido. Podemos calcular varios puntos de esta función dando valores al tiempo: tiempo espacio (horas) (kilómetros) 0 0 0,1 3 0,2 6 0,3 9 0,4 12 Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas Revisión 0 Octubre 2008 Página 51 de 56 Estos puntos se pueden representar en el plano sobre un sistema de ejes de coordenadas. Sobre el eje de abscisas representaremos el tiempo en horas y sobre el de ordenadas el espacio recorrido en km. espacio (km) (0,4 , 12) 12 (0,3 , 9) 9 (0,2 , 6) 6 (0,1 , 3) 3 (0 , 0) 0 tiempo 0 0,1 0,2 0,4 (h) 0,3 Al unir todos los puntos mediante líneas rectas tendremos la representación gráfica de la función. espacio (km) 12 9 6 3 0 0 tiempo 0,1 0,2 0,3 0,4 (h) Cuantos más puntos se dispongan, la gráfica representará con mayor exactitud la función de que se trate. Si nos dicen que realicemos la representación gráfica de una función y sólo nos dan dos puntos: (0,0) y (3,9). La representación es: 9 (0,0) 3 Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas Revisión 0 Octubre 2008 Página 52 de 56 Puede que la función en realidad tenga la siguiente forma: Por tanto deberíamos tener más puntos para realizar la representación gráfica de forma adecuada. (0 , 0), (1 , 1), (2 , 4), (3 , 9) 9 4 1 0 0 1 2 3 Esta nueva representación se asemeja mucho más a la realidad. Es decir, cuantos más puntos se dispongan de una función tanto más exacta será su representación gráfica. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas Revisión 0 Octubre 2008 Página 53 de 56 1.21.4. Interpretación de gráficos El gráfico siguiente representa la demanda horaria de gas. m3/h 3800 3600 3400 3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 horas 1000 1 0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 En el eje de abscisas están representadas las horas y en el eje de ordenadas el caudal en m3/h. Supongamos que queremos saber el consumo a las 14 h. En primer lugar por el punto de abscisas 14 trazaremos una perpendicular al eje de las abscisas que prolongaremos hasta que corte a la gráfica (punto A en la figura). m3/h 3800 3600 3400 3200 A 3000 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 horas 1000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas Revisión 0 Octubre 2008 Página 54 de 56 A continuación trazaremos desde el punto A una perpendicular al eje de las ordenadas hasta que se corte con este eje (3.000 m3/h) con lo cual las coordenadas del punto A nos quedan definidas A = (14 h, 3.000 m3/h). La lectura de la gráfica en el punto A es la siguiente: la demanda de gas a las 14 h fue de 3.000 m3/h. m3/h 3800 3600 3400 3200 A 3000 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 horas 1000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Ahora vamos a hallar los momentos en los cuales la demanda fue de 2.700 m3/h. En primer lugar trazaremos una recta paralela al eje de abscisas por el punto de ordenadas 2.700. m3/h 3800 3600 3400 3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 horas 1000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Como podemos observar esta recta corta en dos puntos a la gráfica. En cada uno de ellos trazamos una perpendicular hacia el eje de abscisas. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas Revisión 0 Octubre 2008 Página 55 de 56 Los puntos de corte con el eje de abscisas nos indican los momentos en los cuales la demanda fue de 2.700 m3/h, es decir a las 8 y a las 19 horas. m3/h 3800 3600 3400 3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 horas 1000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Máximo de una función m3/h 3800 3600 3400 3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 horas 1000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 El máximo de una función es el punto en cuya ordenada toma el valor máximo, en nuestro caso el máximo consumo se registró a las 12 horas y su valor fue de 3.450 m3/h. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 1. Matemáticas Revisión 0 Octubre 2008 Página 56 de 56 Mínimo de una función m3/h 3800 3600 3400 3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 horas 1000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 El mínimo de una función es aquel punto en el cual la ordenada tiene el valor mínimo; en la gráfica podemos observar que el mínimo consumo se registró a las 1 h 30 minutos y su valor fue de 1.300 m3/h. MANUAL PARA INSTALADORES AUTORIZADOS DE GAS Vol. 1 56 Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 1 de 81 Parte 2 Física Preparado: E. Alberto Hernández Martín Responsable Calidad Revisado: Ana María García Gascó Director de certificación Aprobado: Ana María García Gascó Secretaria Consejo de Administración Firma y fecha: 2008.10.16 Firma y fecha: 2008.10.20 Firma y fecha: 2008.10.24 Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 2 de 81 Índice 2.1. Introducción ........................................................................................................................... 5 2.2. La materia: partícula, molécula, átomo. Molécula simple, molécula compuesta. Sustancia simple y compuesta ................................................................................................. 2.2.1. La materia ................................................................................................................... 2.2.1.1. Partícula ........................................................................................................ 2.2.1.2. Molécula ....................................................................................................... 2.2.1.3. Átomo........................................................................................................... 2.2.1.4. Molécula simple ............................................................................................ 2.2.1.5. Molécula compuesta ..................................................................................... 2.2.1.6. Sustancia simple y compuesta ........................................................................ 5 5 5 5 6 6 6 6 2.3. Estados de la materia: estado sólido, estado líquido, estado gaseoso. Movimiento de las moléculas. Forma y volumen. Choques entre moléculas................................................. 2.3.1. Estados de la materia ................................................................................................... 2.3.1.1. Estado sólido ................................................................................................. 2.3.1.2. Estado líquido................................................................................................ 2.3.1.3. Estado gaseoso.............................................................................................. 2.3.2. Movimiento de las moléculas ....................................................................................... 2.3.2.1. Fuerzas de atracción y repulsión..................................................................... 2.3.2.1.1. Movimiento molecular .................................................................. 2.3.3. Estado sólido ............................................................................................................... 2.3.3.1. Movimiento molecular ................................................................................... 2.3.3.2. Choques entre moléculas............................................................................... 2.3.3.3. Forma y volumen ........................................................................................... 2.3.4. Estado líquido.............................................................................................................. 2.3.4.1. Movimiento molecular ................................................................................... 2.3.4.2. Choques entre moléculas............................................................................... 2.3.4.3. Forma y volumen ........................................................................................... 2.3.5. Estado gaseoso............................................................................................................ 2.3.5.1. Movimiento molecular ................................................................................... 2.3.5.2. Choque molecular ......................................................................................... 2.3.5.3. Forma y volumen ........................................................................................... 6 6 7 7 7 8 8 8 8 8 9 9 9 9 9 9 10 10 10 10 2.4. Fuerza, masa, aceleración y peso............................................................................................. 2.4.1. Masa ........................................................................................................................... 2.4.1.1. Unidades de medida de la masa en el SI ........................................................ 2.4.2. Velocidad .................................................................................................................... 2.4.2.1. Unidades de medida de la velocidad en el SI .................................................. 2.4.3. Aceleración ................................................................................................................. 2.4.3.1. Unidades de medida de la aceleración en el SI ............................................... 2.4.4. Fuerza ......................................................................................................................... 2.4.4.1. Unidades de medida de la fuerza en el SI ....................................................... 2.4.5. Peso ............................................................................................................................ 2.4.5.1. Unidades de medida del peso en el SI ............................................................ 11 11 11 12 12 12 13 13 13 13 14 Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 3 de 81 2.5. Masa volumétrica y densidad relativa: conceptos. Unidades SI ................................................ 2.5.1. Masa volumétrica. Conceptos.................................................................................... 2.5.2. Unidades de medida de la masa volumétrica en el SI ................................................. 2.5.3. Densidad relativa. Conceptos y unidades SI ............................................................... 15 15 16 17 2.6. Presión 2.6.1. 2.6.2. 2.6.3. 2.6.4. 2.6.5. 2.6.6. 2.6.7. ................................................................................................................................. Concepto de presión ................................................................................................. Presión estática ......................................................................................................... Diferencia de presiones.............................................................................................. Principio de Pascal ..................................................................................................... Unidades (pa, bar) ..................................................................................................... Presión atmosférica ................................................................................................... Presión absoluta y presión relativa o efectiva.............................................................. 2.6.7.1. Presión absoluta .......................................................................................... 2.6.8. Manómetros: de líquido y metálicos .......................................................................... 2.6.8.1. Manómetros de líquido................................................................................ 2.6.8.2. Manómetros metálicos ................................................................................ 2.6.9. Otras unidades de presión (m c.d.a., Mmhg, atm) ..................................................... 2.6.10. Pérdida de carga ....................................................................................................... 18 18 19 20 20 20 21 22 22 23 23 25 25 26 2.7. Energía, potencia y rendimiento ............................................................................................. 2.7.1. Trabajo ...................................................................................................................... 2.7.1.1. Unidades de medida del trabajo................................................................... 2.7.2. Energía...................................................................................................................... 2.7.3. Potencia .................................................................................................................... 2.7.3.1. Unidades de medida de la potencia ............................................................. 2.7.4. Rendimiento.............................................................................................................. 27 27 28 28 31 31 32 2.8. El calor: concepto de calor. Unidades. Calor específico intercambio de calor. Cantidad de calor. Pcs y pci .................................................................................................... 2.8.1. Concepto de calor ..................................................................................................... 2.8.2. Unidades ................................................................................................................... 2.8.3. Calor específico ......................................................................................................... 2.8.3.1. Unidades para la medida del calor específico ............................................... 2.8.4. Intercambio de calor.................................................................................................. 2.8.5. Cantidad de calor ...................................................................................................... 2.8.6. Poder calorífico superior (pcs) e inferior (pci) .............................................................. 33 33 33 34 35 36 36 36 2.9. Temperatura: concepto, medidas, escala celsius ..................................................................... 2.9.1. Concepto .................................................................................................................. 2.9.2. Medidas, escala celsius .............................................................................................. 36 36 37 2.10. Efecto del calor ...................................................................................................................... 2.10.1. Dilatación .................................................................................................................. 2.10.2. Calor sensible ............................................................................................................ 2.10.3. Cambio de estado ..................................................................................................... 2.10.4. Fusión ....................................................................................................................... 2.10.5. Solidificación ............................................................................................................. 2.10.6. Vaporización ............................................................................................................. 2.10.7. Condensación ........................................................................................................... 40 41 42 44 45 45 46 46 2.11. Transmisión del calor.............................................................................................................. 2.11.1. Por conducción. Materiales conductores, aislantes y refractarios ................................ 2.11.1.1. Materiales conductores .............................................................................. 2.11.1.2. Materiales aislantes y refractarios ............................................................... 2.11.2. Por convección .......................................................................................................... 2.11.3. Por radiación. Radiaciones infrarrojas, visibles y ultravioletas ...................................... 47 47 48 48 48 49 Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 4 de 81 2.12. Caudal ................................................................................................................................. 2.12.1. Caudal volumétrico ................................................................................................... 2.12.2. Caudal másico........................................................................................................... 2.13. Efecto Venturi (sólo categoría B y A) ................................................................................... 2.13.1. Aplicaciones del efecto Venturi .................................................................................. 50 50 51 52 53 2.14. Relaciones pvt en los gases: ecuación de los gases perfectos. Transformación a temperatura constante. Transformaciones a volumen constante. Transformaciones a presión constante (sólo categoría B y A) ......................................................................................................... 2.14.1. Los gases reales ......................................................................................................... 2.14.2. Los gases perfectos ................................................................................................... 2.14.3. Transformación a temperatura constante ................................................................... 2.14.4. Transformaciones a volumen constante ..................................................................... 2.14.5. Transformaciones a presión constante ....................................................................... 2.14.6. Ecuación de los gases perfectos ................................................................................. 54 54 54 55 56 57 58 2.15. Tensión de vapor (botellas de GLP) ......................................................................................... 59 2.16. Nociones de electricidad ........................................................................................................ 2.16.1. Tensión, resistencia. Intensidad: concepto y unidades ................................................ 2.16.1.1. Tensión ...................................................................................................... 2.16.1.2. Resistencia ................................................................................................. 2.16.1.3. Intensidad: concepto y unidades ................................................................ 2.16.2. Potencia y energía: concepto y unidades ................................................................... 2.16.2.1. Potencia eléctrica ....................................................................................... 2.16.2.2. Unidades para la medida de la potencia eléctrica ....................................... 2.16.2.3. Energía eléctrica ........................................................................................ 2.16.2.4. Unidades para la medida de la energía eléctrica ......................................... 60 60 60 61 63 64 64 65 65 65 2.17. Cuerpos aislantes y conductores (sólo categoría B y A) ....................................................... 66 2.18. Ley de Ohm. Efecto Joule. Ejemplos aplicados a la soldadura (sólo categoría B y A)............. 2.18.1. Ley de Ohm............................................................................................................... 2.18.2. Efecto Joule............................................................................................................... 2.18.3. Ejemplos aplicados a la soldadura .............................................................................. 67 67 68 69 2.19. Corrientes de fuga (sólo categoría B y A) ............................................................................ 70 2.20. Corrientes galvánicas (sólo categoría B y A) ........................................................................ 71 2.21. Bases y funcionamiento de la protección catódica (electrodos) (sólo categoría B y A) .......... 2.21.1. Procedimientos de protección activa .......................................................................... 2.21.1.1. Protección por ánodos reactivos o de sacrificio ........................................... 2.21.1.2. Protección por corriente impuesta .............................................................. 2.21.1.3. Procedimientos para eliminar los efectosde las corrientes vagabundas ........ 2.21.1.3.1. Drenajes unidireccionales ........................................................ 2.21.1.3.2. Drenajes indirectos o dirigidos ................................................. 2.21.1.4. Control del potencial de protección ........................................................... 2.21.1.4.1. Electrodo de referencia cobre/sulfato de cobre (Cu/Cu So4) ...... 2.22. Electricidad estática y su eliminación (sólo categoría A) ....................................................... 73 74 74 75 76 76 77 77 78 79 2.23. Tomas de tierra y medición (sólo categoría A) ...................................................................... 2.23.1. Tomas de tierra.......................................................................................................... 2.23.2. Medición ................................................................................................................. 2.23.3. Cálculo de la resistencia de la toma de tierra ............................................................. 2.23.4 Medida de la resistividad ........................................................................................... 79 79 70 80 80 Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 5 de 81 2 2.1. INTRODUCCIÓN El presente capítulo recoge los conocimientos básicos de Química, necesarios para instaladores autorizados de gas, tal como se definen en el programa teórico-práctico que figura en el Anexo I “Conocimientos mínimos necesarios para la obtención de la certificación de instaladores de gas”, de la ITC-ICG 09 “Instaladores y empresas instaladoras de gas” del Reglamento Técnico de Distribución y Utilización de Combustibles Gaseosos. 2.2. LA MATERIA: PARTÍCULA, MOLÉCULA, ÁTOMO. MOLÉCULA SIMPLE, MOLÉCULA COMPUESTA. SUSTANCIA SIMPLE Y COMPUESTA 2.2.1. La materia Los cuerpos tienen formas, colores, olores, etc., muy diferentes. Sin embargo todos los cuerpos tienen dos propiedades comunes, las cuales caracterizan a la materia: pesan y ocupan un volumen. Si pensamos un poco, nos daremos cuenta de que hay cosas que no son materia, la electricidad, el calor, la luz, son fenómenos que nos rodean en la vida diaria. Estos fenómenos no son materia porque no pesan ni ocupan un lugar. Son distintas manifestaciones de la energía. Los cuerpos pueden dividirse en partes muy pequeñas, esta propiedad de la materia se llama divisibilidad de la materia. 2.2.1.1. Partícula La partícula es cada una de las pequeñas partes que resulta de dividir la materia por medios mecánicos. Partículas Serrín 2.2.1.2. Molécula La molécula es la partícula más pequeña que puede existir, conservando las mismas propiedades de la materia de la que procede. Todas las moléculas de la misma sustancia son iguales. Las moléculas de distintas sustancias son diferentes. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 6 de 81 2.2.1.3. Átomo Las moléculas están constituidas por partículas más pequeñas llamadas átomos. Las moléculas están compuestas por uno o más átomos que pueden ser iguales o distintos. Ejemplo: Átomo de oxígeno H o H Molécula de agua Átomos de hidrógeno En general las moléculas tienen propiedades muy distintas a las de los átomos que las componen. Únicamente las moléculas que constan de un solo átomo tienen las mismas propiedades. Ejemplo: El cloro es un gas venenoso y el sodio es un metal, al juntarse un átomo de cloro y otro de sodio forman una molécula de cloruro sódico, que es la sal común que utilizamos en la mesa. Como vemos, las propiedades individuales de los átomos, no tienen nada que ver con las propiedades de la molécula de la que forman parte. 2.2.1.4. Molécula simple Cuando la molécula está formada por átomos iguales decimos que es una molécula simple. De esta forma una molécula de oxígeno es una molécula simple ya que está formada por dos átomos de oxígeno. 2.2.1.5. Molécula compuesta Una molécula formada por átomos distintos es una molécula compuesta. Así, la molécula de agua es compuesta ya que está formada por un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno. 2.2.1.6. Sustancia simple y compuesta De forma similar tenemos sustancias simples y sustancias compuestas. Las sustancias simples están formadas por moléculas simples y las sustancias compuestas por moléculas compuestas. Una sustancia es pura cuando todas sus moléculas son iguales, en caso contrario es una mezcla o aleación. 2.3. ESTADOS DE LA MATERIA: ESTADO SÓLIDO, ESTADO LÍQUIDO, ESTADO GASEOSO. MOVIMIENTO DE LAS MOLÉCULAS. FORMA Y VOLUMEN. CHOQUES ENTRE MOLÉCULAS 2.3.1. Estados de la materia Los cuerpos no se presentan en la Naturaleza de la misma manera. Pueden distinguirse tres estados de la materia: sólido, líquido y gaseoso. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 7 de 81 2.3.1.1. Estado sólido Hay cuerpos que podemos coger con la mano, como un martillo, un lápiz, un bolígrafo, etc. Estos cuerpos se presentan en fase o estado sólido. 2.3.1.2. Estado líquido Para coger otros cuerpos como el agua, la leche, la gasolina, necesitamos un recipiente abierto. Estos cuerpos se presentan en fase o estado líquido. 2.3.1.3. Estado gaseoso Para coger otros cuerpos como el aire, los gases y vapores, necesitamos un recipiente totalmente cerrado. Estos cuerpos se presentan en fase o estado gaseoso. Por tanto, los cuerpos se presentan de distinta manera en la Naturaleza, lo que determina su fase o estado físico. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 8 de 81 2.3.2. Movimiento de las moléculas Todos los cuerpos están formados por un gran número de moléculas que en su movimiento chocan e intercambian energía e interaccionan entre ellas por lo cual no se pueden considerar independientes unas de otras. 2.3.2.1. Fuerzas de atracción y repulsión Entre las moléculas de un cuerpo se ejercen fuerzas de atracción y repulsión, las cuales actúan como auténticos enlaces y ligaduras. La resultante de estas fuerzas determina el comportamiento del cuerpo, su estado y por consiguiente, su forma y volumen. 2.3.2.1.1. Movimiento molecular El científico Robert Brown descubrió que las moléculas se mueven. Posteriormente otros científicos comprobaron esta afirmación y vieron que el movimiento varía según el cuerpo sea sólido, líquido o gaseoso. Al igual que no podemos ver las moléculas, tampoco podemos observar su movimiento a simple vista, pero sí se han experimentado los efectos de este hecho, y así podemos pensar que, realmente, las moléculas no están quietas. Sin embargo, no todas se mueven de la misma manera, ni disponen el mismo espacio donde agitarse. Moléculas de gas Moléculas de sólido Gas Sólido Líquido Moléculas de líquido Cuando vertemos unas gotas de café en un vaso de leche, el café se extiende poco a poco por la leche hasta que los dos líquidos se mezclan. Esto sucede porque las moléculas de café se mueven entre las de la leche, y como hay suficientes espacios vacíos, pueden repartirse bien. El líquido que resulta no es blanco como la leche, ni oscuro, como el café. Las moléculas se han mezclado y producen un color marrón claro, este cambio no hubiera ocurrido si las moléculas de los líquidos no se hubieran movido. Cuando un cuerpo absorbe calor, es decir se calienta, aumenta la velocidad de sus moléculas, y a la inversa, cuando se enfría, es decir cede calor, la velocidad de sus moléculas disminuye. 2.3.3. Estado sólido 2.3.3.1. Movimiento molecular Las moléculas en los sólidos se mueven, pero con muy poca libertad, alrededor de su punto de equilibrio. Pueden ocupar cualquier posición dentro del espacio reducido que tienen para moverse. Cuando se calienta un sólido sus moléculas se mueven con mayor velocidad y cuando se enfrían su velocidad de reduce Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 9 de 81 2.3.3.2. Choques entre moléculas Las moléculas de los sólidos están chocando continuamente con sus moléculas vecinas. Cuando se calienta un sólido se incrementa el número de choques entre sus moléculas y cuando se enfría el número de choques se reduce. 2.3.3.3. Forma y volumen La forma de los cuerpos está relacionada con la posición de los puntos de equilibrio de sus moléculas. En el estado sólido, los puntos de equilibrio siempre se encuentran en las mismas posiciones respecto a sus moléculas vecinas, por lo que en el estado sólido la forma es constante. El volumen de los cuerpos está relacionado con el espacio intermolecular, es decir, con el espacio que ocupan y puedan ocupar las moléculas en sus movimientos alrededor de su punto de equilibrio. En el estado sólido este espacio intermolecular se mantiene prácticamente constante, por lo que, en el estado sólido el volumen es prácticamente constante. Relación de fuerzas Entre las moléculas de los cuerpos en estado sólido las fuerzas de atracción son muy superiores a las de repulsión y como consecuencia de ello: ß Sus moléculas se mantienen fuertemente unidas (enlaces del estado sólido) ß Los puntos de equilibrio se mantienen prácticamente a la misma distancia unos de otros y en las mismas posiciones. ß Los sólidos tienen forma y volumen constante. 2.3.4. Estado líquido 2.3.4.1. Movimiento molecular Las moléculas de los cuerpos en estado líquido se mueven con toda libertad dentro del líquido. Su velocidad es mayor que la de los sólidos porque disponen de más espacio para moverse. Cuando se calienta un líquido aumenta la velocidad de sus moléculas y se reduce cuando el líquido se enfría. 2.3.4.2. Choques entre moléculas Las moléculas de los líquidos están continuamente chocando unas con otras y con las paredes del recipiente que los contiene. Cuando se calienta un líquido se incrementa el número de choques entre sus moléculas y cuando se enfría el número de choques se reduce. 2.3.4.3. Forma y volumen Debido a que las moléculas de los líquidos no mantienen siempre las mismas posiciones respecto a las moléculas vecinas, los líquidos no tienen forma propia, adoptan la del recipiente que los contiene. El espacio intermolecular de los cuerpos en estado líquido se mantiene prácticamente constante, las variaciones de presión y temperatura afectan muy poco al volumen de los líquidos (siempre y cuando no les provoquen un cambio de estado), por ello, los líquidos tienen volumen constante. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 10 de 81 ≥ 0,30 m Relación de fuerzas En el estado líquido, las fuerzas de atracción y de repulsión que se ejercen entre sus moléculas son prácticamente iguales. Como consecuencia de ello: ß No existen puntos de equilibrio. ß Las moléculas mantienen prácticamente la misma distancia entre moléculas vecinas pero no las mismas posiciones. ß Las fuerzas que se ejercen son relativamente débiles y permiten el libre movimiento de las moléculas pero son lo suficientemente fuertes como para evitar que las moléculas salgan y se escapen con facilidad del seno del líquido (enlaces del estado líquido). ß Los líquidos tienen volumen constante. ß Los líquidos no tienen forma constante por lo que adoptan la del recipiente que las contiene. 2.3.5. Estado gaseoso 2.3.5.1. Movimiento molecular Las moléculas de los gases están en continuo movimiento y gozan de completa libertad. Las moléculas de los gases disponen de mucho espacio para moverse y su velocidad es muy elevada. Cuando se calienta un gas la velocidad de sus moléculas aumenta y cuando se enfría la velocidad se reduce. 2.3.5.2. Choque molecular Las moléculas de los gases están continuamente chocando entre ellas y con las paredes del recipiente que las contiene. Cuando se calienta un gas se incrementa el número de choques entre sus moléculas y con las paredes del recipiente que las contiene. El número de choques se reduce cuando el gas se enfría. La presión que ejerce un gas encerrado en un recipiente está producida por los choques de las moléculas del gas contra las paredes del recipiente. 2.3.5.3. Forma y volumen Las moléculas de los gases no mantienen las mismas posiciones respecto a las moléculas vecinas ni el espacio intermolecular no se mantiene constante, por lo que los gases adoptan la forma del recipiente que los contiene, llenándolo completamente. Su volumen es el de los recipientes que los contienen. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Cerrada Revisión 0 Octubre 2008 Página 11 de 81 Abierta Fijémonos que cuando la llave de la bombona está cerrada el gas adopta la forma y el volumen de la botella, cuando la llave se abre adopta la forma y el volumen de la botella, el tubo y el globo. Relación de fuerzas Entre las moléculas de los cuerpos en estado gaseoso predominan las fuerzas de repulsión sobre las de atracción. Como consecuencia de ello: ß Las moléculas tienen gran libertad de movimiento. ß Se mueven en todas las direcciones y con todas las velocidades posibles. ß Tienen tendencia a alejarse unas de otras (expandirse) y ocupan todo el volumen disponible. ß Los gases no tienen forma ni volumen constante, adoptan la del recipiente que los contienen. Fluidos Los gases y los líquidos son fluidos porque pueden fluir, es decir, escapar por los orificios de los recipientes que los contiene. 2.4. FUERZA, MASA, ACELERACIÓN Y PESO 2.4.1. Masa La masa de un cuerpo es la cantidad de materia que contiene. La masa de los cuerpos es invariable, es decir, no depende del lugar en el cual se mida. 2.4.1.1. Unidades de medida de la masa en el SI En el Sistema Internacional de Unidades, SI, la unidad de masa es el kilogramo (kg). El kilogramo es la única unidad del SI que en su nombre contiene uno de los prefijos (kilo) empleados para formar los símbolos de los múltiplos de las unidades. De todos modos, los múltiplos y submúltiplos se forman anteponiendo los prefijos a la palabra gramo y al símbolo g. Los submúltiplos más usados del kilogramo son los siguientes: Nombre Símbolo Equivalencia hectogramo hg 1 hg = 0,1 kg decagramo dag 1 dag = 0,01 kg gramo g 1 g = 0,001 kg decigramo dg 1 dg = 0,000 1 kg centigramo cg 1 cg = 0,000 01 kg miligramo mg 1 mg = 0,000 001 kg microgramo μg 1 μg = 0,000 000 001 kg Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 12 de 81 En cuanto a los múltiplos del kilogramo, el megagramo (Mg), equivalente a 1000 kg, no se usa. En su lugar se usa una unidad no perteneciente al SI, pero aceptada por basarse en unidades del SI: la tonelada, cuyo símbolo es t. Es corriente, incluso, que para cantidades mayores, las unidades empleadas no sean múltiplos del kilogramo, sino unos múltiplos híbridos resultantes de emplear prefijos del SI a la unidad tonelada. Así, por ejemplo, kilotonelada, equivalente a 1000 toneladas, o megatonelada, equivalente a un millón de toneladas. El kg de masa no debe confundirse con el peso. Este nos indica la fuerza con la cual la Tierra atrae a un cuerpo, y depende del lugar en el cual se mida. 2.4.2. Velocidad La velocidad nos indica el espacio recorrido en una unidad de tiempo. v= e t donde: v = velocidad (m/s) e = espacio recorrido (m) t = tiempo (s) Ejemplo: Un coche recorre 60 m en 5 segundos. Su velocidad será: espacio recorrido e 60 m velocidad = ––––––––––––––––– = –– = –––––– = 12 m/s tiempo t 5s 2.4.2.1. Unidades de medida de la velocidad en el SI En el SI la velocidad se mide en metros por segundo (m/s), e indica el espacio en metros recorrido en un segundo. 2.4.3. Aceleración Podemos suponer que el coche del ejemplo no ha mantenido la velocidad constante durante los 60 m recorridos. Al menos ha debido arrancar al iniciar el trayecto y parar al finalizarlo. La aceleración expresa la variación de la velocidad en una unidad de tiempo. a= V2 − V 1 t donde: a = aceleración (m/s2) V1 = velocidad inicial (m/s) V2 = velocidad final (m/s) t = tiempo (s) Al arrancar el coche el conductor tiene que acelerar hasta conseguir la velocidad deseada. Del mismo modo el conductor frenará el coche hasta que se pare al final el recorrido, desacelerará el coche. Tanto a la aceleración como a la desaceleración, se le llama aceleración, y lo que las distingue es el signo. – Cuando se produce un aumento de velocidad la aceleración tiene signo + (positivo). – Cuando se produce una disminución de velocidad la aceleración tiene signo - (negativo). Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 13 de 81 2.4.3.1. Unidades de medida de la aceleración en el SI En el SI la aceleración se expresa en metros por segundo al cuadrado (m/s2), e indica la variación de velocidad en un segundo. 2.4.4. Fuerza Fuerza es todo lo que es capaz de: – modificar el estado de reposo de los cuerpos – modificar el estado de movimiento de los cuerpos – producir deformación (cambio de forma) de los cuerpos Cuando se aplica una fuerza (F) a un cuerpo de masa (m) le provoca una aceleración (a). La fórmula que los relaciona es: F =m×a donde: F = fuerza (N) m = masa (kg) a = aceleración (m/s2) 2.4.4.1. Unidades de medida de la fuerza en el SI En el SI la unidad de fuerza es el newton (N), el cual se expresa con la letra N. El newton es el producto de la unidad de masa (kg) por la unidad de aceleración (m/s2). N = kg × m s2 2.4.5. Peso De una forma no consciente hemos manejado el concepto de peso. Es usual hablar del peso de una pieza, de unos tubos, etc. El peso es la fuerza de atracción que la Tierra ejerce sobre la masa de los cuerpos. La fuerza de atracción de la Tierra disminuye con la altura, por ello un cuerpo pesa más al nivel del mar que en la cima de una montaña, aunque esta diferencia de peso sea mínima. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 14 de 81 Aceleración de la gravedad Un cuerpo que cae libremente aumenta su velocidad con el paso del tiempo, es decir, tiene una aceleración debida a la fuerza de atracción de la Tierra denominada aceleración de la gravedad que se representa por g. Esta aceleración ha sido medida y su valor a nivel del mar es 9,806 65 m/s , en la práctica podemos tomar 9,8 m/s2. g = 9,8 m/s2 Sabemos que fuerza = masa x aceleración por tanto: el peso será: P=m×g donde: P = peso m = masa g = aceleración debida a la gravedad (9,8 m/s2) Se ha de destacar que el concepto de peso está ligado al lugar en que se mide. Todos los cuerpos pesan seis veces más en la Tierra que en la Luna, ello siendo debido a que la atracción de la gravedad es seis veces mayor en la Tierra que en nuestro satélite. Por el contrario, la masa es independiente del lugar en que se mida, es decir, un cuerpo tiene siempre la misma masa. En la tierra En la luna 2.4.5.1. Unidades de medida del peso en el SI Puesto que el peso es una fuerza, se mide con la misma unidad que ésta: el newton (N). En la práctica se utiliza también como unidad de fuerza el kilogramo fuerza (kg f), llamado también “kilo”. Esta unidad no pertenece al SI y es la fuerza con que la Tierra atrae 1 kg de masa. La equivalencia entre el kilogramo fuerza y el newton es la siguiente: 1 kg f= 9,8 N 1 N = 0,102 kg f Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 15 de 81 2.5. MASA VOLUMÉTRICA Y DENSIDAD RELATIVA: CONCEPTOS. UNIDADES SI 2.5.1. Masa volumétrica. Conceptos Todos los cuerpos poseen una masa y un volumen. La masa volumétrica nos indica la masa que contiene una unidad de volumen. La masa volumétrica se indica con la letra griega ρ (se lee ro), y la fórmula que nos determina la masa volumétrica es: ρ = m V donde: ρ = masa volumétrica (kg/m3) m = masa del cuerpo (kg) V = volumen del cuerpo (m3) En general, las variaciones de presión y temperatura afectan muy poco al volumen de los cuerpos sólidos y líquidos, sin embargo, a los gases les ocurre todo lo contrario, por ello al dar la masa volumétrica de un gas hay que indicar las condiciones de presión y temperatura en las que fue medida. En lo que se refiere a este manual, siempre que no se diga lo contrario, los gases se encuentran en condiciones normales, es decir, a la temperatura de 0 °C y a la presión de 1,013 25 bar (equivalente a 760 mm de columna de mercurio).1 En tales casos la unidad de volumen en condiciones normales se indica como m3(n). Ejemplo: La masa de cinco metros cúbicos de aire en condiciones normales es 6,465 kg. Calcula la masa volumétrica del aire. ρ = 6, 465 kg 5 m3 = 1, 293 kg / m 3 (n) La masa volumétrica del aire en condiciones normales, es decir, a 0 ºC y 760 mm de columna de mercurio (1,013 25 bar) es 1,293 kg/m3. La masa volumétrica es una propiedad característica de la materia, es decir, cada sustancia tiene su propia masa volumétrica: Gas puro ρ (kg/m3 (n)) Metano puro 0,72 Etano puro 1,36 Propano puro 2,02 Iso butano puro 2,67 Normal butano puro 2,70 1. Ver en los apartados 2.6.5 y 2.6.9 más adelante las unidades de presión. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 16 de 81 En la siguiente tabla se da la masa volumétrica de distintos gases combustibles. (Al ser los gases combustibles una mezcla de distintos componentes puros cuya composición puede variar según el proceso de fabricación, las masas volumétricas que a continuación se relacionan se han de considerar como valores aproximados). Gas combustible ρ (kg/m3(n)) Gas manufacturado 0,853 Aire propanado (1ª familia) 1,513 Gas Natural 0,802 Aire propanado (2ª familia) 1,784 Propano comercial 2,095 Butano comercial 2,625 Referencia ρ (kg/m3(n)) Aire (valor exacto) 1,293 Agua (valor exacto) 1000 De la fórmula anterior podemos despejar la masa y el volumen. m=ρ×V m V = –––– ρ Ejemplo: La masa volumétrica de un gas natural es ρ = 0,77 kg/m3. Calcula la masa que hay en 20 m3 de este gas natural m = 0,77 × 20 = 15,4 kg En 20 m3 de este gas natural hay 15,4 kg de masa. Ejemplo: Calcula el volumen que ocupan 50 kg de aire. m 50 V = –––– = –––––– = 38,67 m3 ρ 1,293 Los 50 kg de aire ocupan 38,67 m3. 2.5.2. Unidades de medida de la masa volumétrica en el SI Como en el SI la unidad de masa es el kilogramo (kg) y de volumen el metro cúbico (m3), la unidad de la masa volumétrica es el kilogramo por metro cúbico (kg/m3). Para trabajar con gases el kg/m3 es la unidad adecuada, sin embargo, cuando se trabaja con sólidos y líquidos es una unidad muy pequeña e incómoda de utilizar. En el caso de los sólidos y líquidos la masa volumétrica se expresa en kg/dm3 o bien en g/cm3. La relación entre estas unidades se expone en la siguiente tabla de equivalencias Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física kg/m3 kg/dm3 g/cm3 1 0,001 0,001 1000 1 1 1000 1 1 Revisión 0 Octubre 2008 Página 17 de 81 Ejemplo: Un tablero de madera de 4 cm de grueso, mide 1 m de largo y 20 cm de alto y tiene una masa de 5,6 kg. Hallar la masa volumétrica de la madera expresándola en kg/m3 y en kg/dm3. 1. Cálculo de la masa volumétrica de la madera en kg/m3 Volumen del tablero: V = 0,04 x 1 x 0,20 = 0,008 m3 m 5,6 kg ρ = –––– = ––––––––– = 700 kg/m3 V 0,008 m3 2. Cálculo de la masa volumétrica en kg/dm3 De la tabla de equivalencias se obtiene: 1 kg/m3 = 0,001 kg/dm3 luego ρ = 700 x 0,001 = 0,7 kg/dm3 La masa volumétrica de la madera del tablero es de 700 kg/m3, o bien, 0,7 kg/dm3 2.5.3. Densidad relativa. Conceptos y unidades SI La densidad relativa de un cuerpo sólido o líquido es el cociente entre la masa volumétrica de dicho cuerpo y la masa volumétrica del agua, la cual se toma como referencia. La densidad relativa de un gas es el cociente entre la masa volumétrica del gas y la masa volumétrica del aire medidas ambas en las mismas condiciones de presión y temperatura. La densidad relativa la podemos formular como: ρ d = –––– ρa donde: d = densidad relativa (sin unidades) ρ = masa volumétrica del cuerpo (kg/m3) ρa = masa volumétrica del agua, para sólidos o líquidos, o del aire, para gases (kg/m3) Masa volumétrica del aire en condiciones normales ρa= 1,293 kg/m3(n) Masa volumétrica del agua ρa= 1000 kg/m3 = 1 kg/dm3 = 1 g/cm3 La densidad relativa no tiene unidades, es un número abstracto. La densidad relativa es característica para cada sustancia. Gases puros d Metano puro 0,554 Etano puro 1,049 Propano puro 1,562 Iso butano puro 2,064 Normal butano puro 2,091 Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 18 de 81 En la siguiente tabla se da la densidad relativa de distintos gases combustibles. (Valores aproximados, los valores reales de cada gas se han de solicitar a la Empresa Suministradora.) Gases combustibles d Gas manufacturado 0,66 Aire propanado (1.a familia) 1,17 Gas natural 0,62 Aire propanado (2.a familia) 1,38 Propano comercial 1,62 Butano comercial 2,03 Referencia d Aire (valor exacto) 1 Agua (valor exacto) 1 A partir de la fórmula de la densidad relativa se puede calcular con facilidad la masa volumétrica. ρ = d × ρa donde: ρ es la masa volumétrica (kg/m3) d es la densidad relativa (sin unidades) ρa es la masa volumétrica del aire para los gases o del agua para sólidos y líquidos. Ejemplo: Calcula la masa volumétrica en condiciones normales del aire propanado de la primera familia dado en la tabla anterior: ρ = d × ρa = 1,17 × 1,293 kg/m3 = 1,5128 kg/m3(n) La masa volumétrica de este aire propanado es 1,513 kg/m3(n). 2.6. PRESIÓN 2.6.1. Concepto de presión Los cuerpos pesan y la fuerza debida a su peso se ejerce sobre la superficie en que se apoyan. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 19 de 81 Como vemos en la figura anterior, el colchón se hunde más cuando estamos de pie que acostados, esto es debido a que en el primer caso la superficie de apoyo es mucho mayor que en el segundo, por tanto, la presión ejercida sobre la superficie de apoyo por nuestro peso será mucho menor en el primer caso que en el segundo. La presión es el resultado de dividir una fuerza por la superficie sobre la cual está aplicada. La presión ejercida al aplicar una fuerza sobre una superficie viene expresada por la siguiente fórmula: F p = –––– S donde: p = presión F = fuerza S = superficie 2.6.2. Presión estática Los fluidos, es decir, los líquidos y los gases, ejercen una presión sobre las paredes del recipiente que los contiene, siendo esta presión debida a la fuerza que hace el fluido sobre dichas paredes. Se llama presión estática a la presión debida al peso del propio fluido cuando se encuentra en reposo. La presión estática en un punto de un líquido sólo depende de la distancia de este punto a la superficie libre del líquido. La presión estática en los puntos A, B, C, D y E es igual. Por tanto los puntos situados en la superficie libre no se encuentran sometidos a presión estática alguna debida al líquido, y los puntos situados en el fondo del recipiente se encuentran sometidos a la máxima presión estática debida al propio líquido. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 20 de 81 Las fórmulas que nos permiten calcular la presión estática en los puntos interiores del fluido son: p=ρ×g×h o bien p=γ×h donde: p = presión estática ρ = masa volumétrica del fluido g = aceleración de la gravedad 9,8 m/s2 h = distancia entre el punto en el cual queremos medir la presión estática y la superficie libre del fluido. γ = ρ·g (peso específico del fluido) 2.6.3. Diferencia de presiones Las fórmulas anteriores permiten calcular la diferencia de presión estática entre dos puntos de un mismo fluido. pA - PB = ρ × g × hA - ρ × g × hB = ρ × g (hA - hB) = γ (hA - hB) 2.6.4. Principio de Pascal El principio de Pascal nos dice que la presión ejercida en un punto de un fluido se transmite íntegramente a todos sus puntos, y en todas direcciones. El principio de Pascal nos indica que si sometemos un fluido a una presión exterior a éste, la presión se transmite a través del fluido. Una aplicación práctica del principio de Pascal es la prensa hidráulica. 2.6.5. Unidades (Pa, bar) En el SI la unidad para medir la presión es el pascal (Pa), que representa la fuerza ejercida por un newton sobre una superficie de un metro cuadrado. En la práctica el Pa es una unidad muy pequeña, por ello se emplean más frecuentemente el kilopascal (kPa) y el megapascal (MPa). Por la misma razón el SI admite el bar y el milibar (mbar). 1 kPa = 1000 Pa 1 MPa = 1 000 000 Pa 1 bar = 100 000 Pa 1 mbar = 100 Pa Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 21 de 81 El milibar equivale también al hectopascal (HPa), que se suele emplear para medir la presión atmosférica.2 2.6.6. Presión atmosférica La presión atmosférica es debida al peso de la capa de aire que rodea la superficie en la Tierra. La presión atmosférica es una presión estática. Debido a las variaciones de temperatura, la diferencia de altitud, etc., la presión atmosférica varía de un momento a otro y de una localidad a otra. La presión atmosférica medida en una determinada localidad y en un momento determinado se llama presión atmosférica local. La presión a la que se encuentran sometidos los puntos del interior de un líquido cuya superficie libre se encuentre en contacto con la atmósfera es la suma de la presión atmosférica local y la presión estática debida al peso del líquido. PB = PA + γ × h donde: pB = presión a la que está sometido el punto B pA = presión atmosférica local γ·h= presión estática debida al peso del líquido. El físico italiano Torricelli demostró que la presión atmosférica local se puede conocer midiendo la altura de la columna de mercurio en un barómetro de cubeta. 2. Véase también el apartado 2.6.9 para otras unidades de presión fuera del SI. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 22 de 81 Este barómetro es una aplicación directa de la fórmula anterior (pB = pA + γ h). A medida que la presión atmosférica local aumenta, también lo hace h, si disminuye la presión, la altura de la columna de mercurio disminuye. Se considera que la presión atmosférica normal al nivel del mar es de 760 mm de altura de columna de mercurio, equivalentes a 1,013 25 bar. Vacio Presión atmosférica Mercurio Los barómetros son aparatos que miden la presión atmosférica. Además del barómetro de Torricelli existen otros muchos, uno muy usual consiste en un recinto de paredes deformables en el cual se ha hecho el vacío, siendo la deformación de las paredes proporcional a la presión atmosférica local. Actualmente existen sensores electrónicos que permiten medir la presión. 2.6.7. Presión absoluta y presión relativa o efectiva Existen dos escalas que permiten medir las presiones en un fluido: 1) Escala absoluta 2) Escala efectiva o relativa 2.6.7.1. Presión absoluta En un recinto en el cual se realizase un vacío perfecto extrayendo todas las moléculas del gas que contenga, la presión sería cero, por lo que no existiría presión. La escala absoluta de presiones toma como origen la presión en el vacío absoluto. No pueden existir presiones absolutas negativas, todas las presiones absolutas son superiores a cero. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 23 de 81 2.6.7.2. Presión efectiva o relativa La escala efectiva o relativa toma como origen la presión atmosférica local. Las presiones relativas pueden ser positivas o negativas, según sean superiores o inferiores a la presión atmosférica local. Presión del gas medida con el manómetro de tubo en U Presión atmosférica Presión atmosférica local Presión del gas medida con el manómetro de vacio Presión efectiva Vacío perfecto presión relativa = presión absoluta - presión atmosférica local Cuando la presión relativa es superior a la presión atmosférica local decimos que hay una sobrepresión, y si es inferior decimos que hay una depresión. De la fórmula anterior se deduce la siguiente: Presión absoluta = presión relativa + presión atmosférica local 2.6.8. Manómetros: de líquido y metálicos Para medir la presión de un fluido se emplean los manómetros. La mayoría de manómetros miden presiones efectivas, aunque también los hay que miden presiones absolutas. Es frecuente llamar a la presión efectiva, presión manométrica, lo cual es incorrecto, ya que como hemos visto, los manómetros pueden medir presiones efectivas y presiones absolutas. Es preferible hablar de presiones efectivas y de presiones absolutas. 2.6.8.1. Manómetros de líquido Estos manómetros están formados por dos tubos verticales transparentes, unidos por sus bases, los cuales tienen agua o mercurio en su interior. Uno de los tubos se encuentra abierto y en comunicación con la atmósfera, y el otro unido al recipiente cuya presión deseamos conocer. La diferencia de nivel entre las dos columnas de líquido determina la presión relativa o efectiva del fluido contenido en el recipiente. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 24 de 81 Manómetro de tubo en U Presión atmosférica local Presión del gas Presión del gas Líquido Cuando la presión absoluta del gas es igual a la atmosférica el nivel de ambas columnas se encuentra a la misma altura (figura de la izquierda), es decir, la presión efectiva es cero. Si la presión absoluta del gas es superior a la atmosférica, la diferencia de niveles (h) nos indica la presión efectiva (figura de la derecha). Manómetro de tubo vertical Este manómetro tiene la particularidad que la sección del tubo vertical es mucho menor que la de la cuba, por lo cual el nivel del líquido en la cuba prácticamente no sufre variaciones por efecto del ascenso del líquido en el tubo, en cambio si sufre una gran variación el nivel del líquido en el tubo vertical. Presión atmosférica Presión del gas El tubo vertical se encuentra graduado en mm, y de una sola lectura se puede conocer la presión. Manómetro de tubo inclinado Presión del gas Presión atmosférica Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 25 de 81 El funcionamiento de este manómetro es similar a la del manómetro de tubo vertical, sin embargo, al encontrarse el tubo inclinado permite medir variaciones menores de presión, siendo más sensible. 2.6.8.2. Manómetros metálicos Estos manómetros se destinan principalmente a la medida de presiones elevadas, y se utilizan principalmente en la industria. El más conocido es el manómetro Bourdon, que nos muestra la siguiente figura. Tubo Presión atmosférica Gas Presión del gas El manómetro Bourdon está formado por un tubo metálico de sección elíptica y forma circular, el cual se encuentra conectado a la conducción de gas. El tubo se encuentra fijo en un extremo y libre en el otro. Debido a la presión del gas el tubo tiende a enderezarse, transmitiéndose los desplazamientos de la extremidad libre a una aguja, la cual indica la presión en una escala. Existen manómetros metálicos que permiten medir tanto presiones efectivas como absolutas. El representado en la figura anterior mide presiones efectivas o relativas ya que por su cara exterior el tubo se encuentra sometido a la presión atmosférica local. 2.6.9. Otras unidades de presión (m c.d.a., mmHg, atm) En la industria se utilizan otras unidades, no pertenecientes al SI las cuales detallamos en la siguiente tabla de equivalencias: atmósfera física 760 mmHg bar 100 000 Pa (mmHg) metros de columna de Agua (m c.d.a.) (m H2O) (Atm) (bar) 0,010 2 7,500 6 0,102 0,009 9 0,01 98,066 1 735,56 10 0,967 8 0.980 7 0.133 322 0,001 4 1 0,013 6 0,001 3 0,001 3 9,806 4 0,1 73,554 1 0.096 8 0,098 1 101,325 1,033 2 760 10,332 6 1 1,013 25 100 1,019 7 750,06 10,197 0,986 9 1 kilopascal kN/m2 atmósfera técnica kg f/cm2 milímetros de columna de Mercurio (kPa) (at) 1 Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 26 de 81 2.6.10. Pérdida de carga Hemos dicho que un gas es un cuerpo formado por moléculas que tienen gran libertad de movimiento, las cuales se mueven en todas direcciones dando lugar a un movimiento totalmente desordenado, y como consecuencia del mismo las moléculas chocan entre sí y con las paredes del recipiente que las contiene. Cada golpe de una molécula contra la pared, da lugar a que la pared deba realizar una fuerza para resistir el golpe. O lo que es lo mismo, cada unidad de superficie de pared debe resistir la fuerza debida a la suma de todas las moléculas que impactan sobre ella. La presión de un gas dentro de un recipiente cerrado es la fuerza por unidad de superficie que la pared resiste o que las moléculas del gas ejercen. Por las tuberías el gas circula a presión. Esta presión, llamada presión de distribución, es la causa que permite que el gas llegue a los puntos de consumo. El gas cuando circula por las tuberías roza con las paredes de la conducción. Este rozamiento lleva consigo una pérdida de presión. Gas en reposo En la figura superior el gas está en reposo y h1 = h2, por consiguiente, no existe diferencia de presión entre los puntos A y B. Gas en movimiento En la figura superior; cuando el gas se mueve, h2 es menor que h1, lo cual indica que la presión en A es mayor que la presión en B. Se llama pérdida de carga a la pérdida de presión debida al rozamiento del gas contra las paredes y accesorios de la conducción. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 27 de 81 2.7. ENERGÍA, POTENCIA Y RENDIMIENTO 2.7.1. Trabajo En Física el trabajo tiene un significado distinto al que se le da ordinariamente. Si ejercemos una fuerza sobre un cuerpo y éste no se mueve hacemos un esfuerzo físico, pero no realizamos ningún trabajo mecánico. En el caso de la figura, la persona realiza un gran esfuerzo, pero al no moverse la pared, no se ha realizado trabajo. Cuando una fuerza se aplica sobre un cuerpo y le hace recorrer un espacio, se realiza un trabajo. El trabajo realizado depende de: – la fuerza aplicada – el espacio recorrido T =F × e donde: T = trabajo F = fuerza e = espacio recorrido Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 28 de 81 2.7.1.1. Unidades de medida del trabajo En el SI la unidad de medida del trabajo es el julio, que se indica por la letra J. El trabajo realizado por una fuerza de 1 newton que se desplaza 1 metro se denomina 1 julio. T = F × e =1 N × 1m = 1 Julio Ejemplo: Para desplazar la carretilla 10 m aplicamos una fuerza de 15 N. Vamos a calcular el trabajo realizado. T= F × e = 15 × 10= 150 J En la práctica, además del julio, también se utilizan otras unidades para medir el trabajo. El siguiente cuadro nos da la equivalencia entre las mismas. Denominación Símbolo Equivalencia vatio segundo 1 Ws = 1J kilovatio hora 1 kWh = 3 600 000 J 1 kWh = 860 kcal caballo vapor hora 1 CVh = 2 647 795 J caloríaIT 1 cal = 4,186 8 J kilocaloríaIT* 1 kcal = 4186,8 J termia* 1 te = = 1000 kcal * La kilocaloría y la termia han sido muy utilizadas tradicionalmente en la industria del gas. 2.7.2. Energía Energía es la capacidad para realizar trabajo. – Una persona tiene la capacidad de levantar una piedra porque posee energía. – El agua embalsada en una presa tiene la capacidad de mover la turbina porque posee energía. – El caballo que tira del carro realiza un trabajo porque posee energía. La energía se mide por el trabajo realizado, luego ambas magnitudes se miden con la misma unidad. En general la energía se representa con la letra E y a veces con un subíndice, para diferenciar la forma en que se manifiesta. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 29 de 81 Manifestaciones de la energía La energía es única pero se manifiesta de distintas formas: – Cuando quemamos un gas la energía se manifiesta en forma de calor. El calor es una de las muchas formas de manifestarse la energía, es energía calorífica. – La luz que emiten las bombillas se debe a que su filamento está muy caliente, luego la luz que emiten las bombillas es energía luminosa (EI). El ojo humano es sensible a este tipo de energía. – La electricidad que hace girar un motor es energía y se llama energía eléctrica (Ee). – La energía almacenada en un combustible es energía química (Eq). – La energía almacenada en los átomos se llama energía atómica (Ea). – La energía mecánica (Em) es la que poseen los cuerpos en reposo o en movimiento. Energía potencial Los cuerpos, aunque se encuentren en reposo, son capaces de realizar un trabajo ya que poseen energía, como el agua de un embalse, o una piedra a punto de caerse. La energía que poseen los cuerpos debida a la posición se llama energía potencial (Ep). La fórmula que nos permite calcular la energía potencial de un cuerpo es: Ep = m × g × h donde: Ep = energía potencial m = masa g = aceleración de la gravedad (9,8 m/s2) h = altura Energía cinética También los cuerpos en movimiento poseen energía, y se lama energía cinética (Ec). Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 30 de 81 La fórmula que nos permite calcular la energía cinética de un cuerpo es: Ec = 1 2 m × v2 donde: Ec = energía cinética m = masa v = velocidad Ejemplo: Al colocar un cuerpo de 40 kg de masa sobre un estante situado a 2,5 m, el trabajo desarrollado será: T = F × e = m × g × e = 40 × 9.8 × 2,5 = 980 J Una vez colocado el cuerpo en la estantería, su energía potencial es: E p = m × g × h = 40 × 9, 8 × 2,5 = 980 J Si el cuerpo cae del estante, choca contra el suelo a una velocidad de 7 m/s. La energía cinética que posee es: 1 1 Ec = –– m × v2 =–– 40 × 72 = 980 J 2 2 Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 31 de 81 Observemos que el trabajo realizado para subir el bloque a la estantería es igual a la energía potencial que posee el bloque a esa altura, e igual a la energía cinética que pone de manifiesto al caer hasta su posición primitiva. 2.7.3. Potencia Como podemos observar en la fórmula del trabajo no influye el tiempo que se tarda en realizarlo. Es decir, el mismo trabajo se puede realizar en mucho o poco tiempo. Las dos grúas de la figura levantan cajas del mismo peso, la primera tarda 3 segundos en levantarla y la segunda 7 segundos. La primera es más potente que la segunda porque realiza el mismo trabajo en menos tiempo. Se llama potencia al trabajo realizado en la unidad de tiempo. Al dividir el trabajo realizado por la grúa, entre el tiempo que tarda en hacerlo, estamos calculando la potencia de la grúa. P= T t donde: P = potencia T = trabajo t = tiempo De la fórmula anterior se deducen: ß Trabajo T =P × t ß Tiempo t= T P 2.7.3.1. Unidades de medida de la potencia En el SI la unidad de medida de la potencia es el vatio que se indica por W. En el SI el trabajo se mide en julios, el tiempo en segundos y la potencia en vatios. Si una máquina realiza el trabajo de 1 julio en un segundo, tiene la potencia de un vatio: T 1 julio P = –– =––––––––––– = 1 vatio t 1 segundo Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 32 de 81 Ejemplo: Una máquina cuya potencia es 1.000 W realiza un trabajo de 5.000 J. Vamos a calcular el tiempo que ha empleado en realizar este trabajo: Sabemos que T P = –– t si despejamos el tiempo T 5.000 tc = –– = ––––––– = 5 segundos P 1.000 En la práctica, además del vatio, también se utilizan otras unidades para medir la potencia. El siguiente cuadro nos las muestra: Nombre Símbolo Equivalencia kilovatio 1 kW megavatio 1 MW 1 000 000 W gigavatio 1 GW 1 000 000 000 W caballo vapor 1 CV kilocaloría por segundo 1 kcal/s 1000 W 735,5 W 4186,8 W El kilovatio, equivalente a 1.000 W, es un múltiplo del vatio que se utiliza mucho debido a que el W es una unidad muy pequeña. 2.7.4. Rendimiento En toda transformación de energía, una parte se aprovecha y otra se pierde. energía perdida energía consumida energía útil En el motor de la figura la energía útil que nos proporciona es siempre menor a la energía total consumida ya que parte se pierde en forma de calor. Siempre se cumple que: Etotal consumida = Eútil + Eperdida El rendimiento nos indica el grado de aprovechamiento en las transformaciones de energía. En el caso del motor, la energía total consumida se transforma en energía mecánica útil y energía calorífica que por lo general no se aprovecha. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 33 de 81 El rendimiento se calcula dividiendo la energía útil que nos proporciona el sistema por la energía total consumida y se representa por la letra griega η (se lee eta). Eutil η = ––––––––––––– Etotal consumida Ejemplo: Una máquina consume en total 1.200 J, de los cuales se convierten en energía útil sólo 720 J. El rendimiento de la máquina será: Eutil 720 J η = ––––––––––– = –––––––– = 0,60 Etotal consumida 1.200 J El rendimiento de esta máquina es del 60%, lo que nos indica que de la energía suministrada a la máquina el 60% se convierte en energía útil y el 40% se pierde sin que la podamos aprovechar. Como hemos visto el rendimiento se puede expresar en tanto por ciento, o en tanto por uno. 2.8. EL CALOR: CONCEPTO DE CALOR. UNIDADES. CALOR ESPECÍFICO INTERCAMBIO DE CALOR. CANTIDAD DE CALOR. PCS Y PCI 2.8.1. Concepto de calor El calor ni pesa ni ocupa un lugar en el espacio, por tanto no es materia. El calor es una de las formas en que puede manifestarse la energía. Todas las formas en que se manifiesta la energía se pueden transformar, con facilidad, en calor. En la plancha la energía eléctrica es transformada en calor. Q Las variaciones de calor que experimenta un cuerpo se indican por la letra Q. 2.8.2. Unidades En el Sistema Internacional de Unidades la energía se mide en julios, por tanto, al ser el calor una forma de energía, también se mide en julios. En la práctica el calor se ha venido midiendo en calorías. Una caloría es la cantidad de calor necesaria para elevar de 14,5 a 15,5 ºC la temperatura de un gramo de agua en estado líquido a la presión atmosférica normal. La caloría se indica abreviadamente por cal. La kilocaloría es un múltiplo de la caloría y es la cantidad de calor necesaria para elevar un grado centígrado la temperatura de un kilogramo de agua en estado líquido a la presión atmosférica normal. La kilocaloría se expresa por kcal. 1 kcal = 1000 cal 1 cal = 0,001 kcal Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 34 de 81 En la industria del gas como unidad de calor también se ha empleado la termia que se representa por te. 1 te = 1000 kcal = 1 000 000 cal En la siguiente tabla de equivalencias se resumen las diferentes unidades en las cuales se puede medir la energía. julio J kilovatio·hora kWh caballo vapor.hora CVh kilocaloria kcal termia te 1 0,000 000 278 0,000 000 378 0,000 238 85 0,000 000 239 3 600 000 1 1,359 62 859,8 0,859 8 2 647 795 0,735 5 1 632,42 0,632 42 4186,8 0,001 163 0,001 581 1 0.001 4 186 800 1,163 1,581 1000 1 Como puedes ver en la tabla, 1 kcal equivale a 4186,8 J. En la práctica podemos tomar: 1 julio = 0,24 calorías 1 caloría = 4,18 julios 1 kWh = 860 kcal 1 kWh = 1,36 CVh 1 te= 1,16 kWh Actualmente se tiende a emplear el kWh como unidad de cantidad de calor. 2.8.3. Calor específico Hemos visto que a la presión atmosférica normal para elevar 1 grado centígrado la temperatura de 1 kilogramo de agua en estado líquido necesitamos 1 kilocaloría. No todas las sustancias necesitan 1 kilocaloría para elevar 1 grado centígrado la temperatura de 1 kilogramo de esa sustancia. Por ejemplo, para elevar 1 grado centígrado la temperatura de 1 kilogramo de mercurio necesitamos 0,033 kilocalorías. Se llama calor específico de una sustancia a la cantidad de calor necesaria para elevar un grado absoluto3 un kilogramo de dicha sustancia. El calor específico se representa por c. En la siguiente tabla se dan los calores específicos medios a la presión atmosférica normal de diversas sustancias en los estados en que se indican. 3. Ver apartado 2.9.2 para todo lo referente a escalas de temperatura. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 35 de 81 Calores específicos medios a la presión atmosférica normal (1,013 25 bar) Calor específico medio Estado Sustancia kcal/kgK J/kgK Sólido Agua (hielo) Acero Aluminio Cobre 0,5 0,12 0,22 0,094 2094 502 921 394 Líquido Agua Mercurio Metano (puro) Etano (puro) Propano (puro) Normal butano (puro) 1 0,033 0,83 0,54 0,58 0,55 4187 138 3475 2261 2428 2303 Gas o vapor Agua Aire Metano (puro) Etano (puro) Propano (puro) Normal butano (puro) Iso butano (puro) 0,45 0,24 0,53 0,42 0,40 0,40 0,40 1884 1005 2219 1759 1675 1675 1675 El calor específico de un cuerpo es distinto según el estado físico, la presión y la temperatura a la que se encuentra. Por ello en la tabla anterior se especifica el estado y se da el calor específico medio, aceptable en un amplio margen de temperaturas a la presión atmosférica normal. cs= calor específico medio de un cuerpo en estado sólido cI= calor específico medio de un cuerpo en estado líquido cg= calor específico medio de un cuerpo en estado gaseoso (vapor) Así para el agua el calor específico medio a la presión atmosférica normal es: Estado sólido (hielo) cs = 0,5 kcal/kg °C (2,1 kJ/kg ºC) Estado líquido d = 1 kcal/kg °C (4,19 kJ/kg ºC) Estado gaseoso, vapor cg = 0,45 kcal/kg °C (1,88 kJ/kg ºC) 2.8.3.1. Unidades para la medida del calor específico En el SI la unidad de calor específico es el julio por kilogramo y Kelvin (J/kg K), pero por ser ésta una unidad muy pequeña se emplea el kJ/kg K, que es mil veces mayor. En la práctica el calor específico puede darse todavía en kcal/kg °C o bien en cal/g °C aún cuando estas unidades no pertenecen al SI. kJ/kg °C kcal/kg °C cal/g °C 1 0,23885 0,23885 4,1868 1 1 4,1868 1 1 En esta tabla se pone de manifiesto que el calor específico en kcal/kg °C y cal/g °C son iguales. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 36 de 81 2.8.4. Intercambio de calor Siempre que dos cuerpos a distintas temperaturas se ponen en contacto, el calor del cuerpo más caliente (con mayor temperatura) pasa al más frío (de menor temperatura), cumpliéndose que: la cantidad de calor cedida por un cuerpo es igual a la cantidad de calor absorbida por el otro. El intercambio de calor cesa cuando se igualan las temperaturas de los dos cuerpos. En la práctica, cuando se pretende aprovechar el calor de un foco caliente, como por ejemplo el de una llama de gas, de un vapor o el de un líquido a temperatura elevada, etc. siempre se producen unas ciertas pérdidas de calor que por diversas razones no se pueden recuperar. Por ello, la igualdad anterior se debe corregir con un cierto coeficiente que refleje el rendimiento del intercambio de calor, cumpliéndose: Calor absorbido por el cuerpo de menor temperatura = η × calor cedido por el cuerpo de mayor temperatura donde: η es el rendimiento de intercambio y siempre es menor que la unidad y mayor que cero. Cuanto más se acerque a la unidad mejor es el intercambio de calor. El rendimiento varía de un proceso de intercambio a otro y según el aparato intercambiador utilizado. 2.8.5. Cantidad de calor Tal como se ha descrito en el apartado anterior, cuando se ponen en contacto dos sistemas a temperatura diferente se produce una transferencia de calor desde el sistema que está a mayor temperatura al que está a menor temperatura. La cantidad de calor ΔQ transferida es proporcional a la diferencia de temperaturas ΔT. La constante de proporcionalidad C se denomina capacidad calorífica del sistema. Se cumple: ΔQ = C × ΔT 2.8.6. Poder calorífico superior (PCS) e inferior (PCI) Se llama Poder calorífico a la cantidad de calor producido por la combustión completa de una unidad de volumen o de masa del gas, a una presión constante e igual a 1013,25 mbar, tomando los componentes de la mezcla combustible en las condiciones de referencia y llevando los productos de la combustión a las mismas condiciones. Se distinguen dos tipos de poder calorífico, el Poder calorífico superior (PCS), suponiendo que se condensa el agua producida por la combustión, y el Poder calorífico inferior (PCI), suponiendo que el agua producida por la combustión permanece en estado de vapor. La relación entre los Poderes Caloríficos Superior e Inferior depende del tipo de combustible. Para el gas natural se emplea la relación: PCI/PCS = 0,90 Para los GLP se emplea la relación: PCI/PCS = 0,92 2.9. TEMPERATURA: CONCEPTO, MEDIDAS, ESCALA CELSIUS 2.9.1. Concepto El calor es energía, la temperatura es una magnitud que nos indica el nivel de calor. Supongamos que la cantidad de agua es el calor y la temperatura el nivel del agua. La cantidad de agua es mucho mayor en el recipiente de la izquierda, sin embargo, el nivel del agua es mucho mayor en el recipiente de la derecha. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 37 de 81 Veamos con un ejemplo similar al anterior la diferencia entre calor y temperatura. Para calentar 2 kg de agua desde 0 °C hasta 98 °C se han de aportar al agua 196 kcal (821 kJ) y para calentar 49 kg de agua desde 0 °C hasta 4 °C hay que aportar también 196 kcal (821 kJ). En ambos casos necesitamos aportar la misma cantidad de calor, 196 kcal (821 kJ), pero si metemos la mano en el agua que está a 98 °C tendríamos la sensación de quemarnos, sin embargo, al meterla en el agua que está a 4 °C sentiríamos el agua como muy fría. En ambos casos la cantidad de calor es la misma, sin embargo, la temperatura es distinta y los efectos que ésta produce muy diferentes. De lo anterior se deduce que: NO ES LO MISMO CALOR QUE TEMPERATURA Veamos otro ejemplo: Para aumentar la temperatura de 1 kg de aluminio en 30 °C hay que aportarle 6,6 kcal (27,7 kJ) y para incrementar la temperatura de 10 kg de aluminio en sólo 20 °C hay que aportarles 44 kcal (184 kJ). Como podemos observar, en el primer caso el aumento de temperatura es mayor que en el segundo. Sin embargo en el segundo caso se precisó más energía para producir un incremento de temperatura menor debido a que la masa del cuerpo es mayor. 2.9.2. Medidas, escala Celsius Para medir la temperatura se utilizan los termómetros graduados. Graduar un termómetro es construir su escala. Existen distintas escalas, las más empleadas son: – Escala Celsius (también llamada centígrada, denominación no recogida por el Sistema Internacional de Unidades) – Escala absoluta o Kelvin En el SI la temperatura se mide en grados absolutos o Kelvin, sin embargo, este sistema acepta el uso de la escala Celsius. Escala Celsius Normalmente los termómetros que utilizamos están graduados en la escala Celsius. En esta escala existen dos puntos importantes: Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 38 de 81 100 – El 0 que corresponde a la temperatura de congelación del agua. – El 100 que corresponde a la temperatura de ebullición del agua a la presión atmosférica normal. La distancia entre el punto que corresponde al 0 y el punto que corresponde a 100 se divide en 100 partes iguales, siendo cada una de ellas un grado Celsius. El grado Celsius se representa por ºC y la temperatura en grados centígrados por la letra t. De esta forma para indicar que la temperatura es de 25 grados centígrados escribiremos: t = 25 °C Las temperaturas inferiores a 0 °C se expresan con el signo “-” (menos) delante o simplemente decimos “bajo cero” a continuación del valor en grados. Escala absoluta Se dice que a la temperatura de -273,15 °C hay ausencia total de calor y por consiguiente las moléculas no se mueven. A esta temperatura se le llama cero absoluto. La escala absoluta tiene como origen el cero absoluto, siendo su unidad el kelvin, que se representa por K. La temperatura en kelvin se indica con la letra T. De esta forma 500 kelvin se indican por T = 500 K Solamente en los casos en los que se necesite una gran precisión tomaremos el cero absoluto en -273,15 °C. En la práctica el cero absoluto lo consideraremos en -273 °C. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 39 de 81 Observa la figura: En la parte izquierda la graduación corresponde a la escala Celsius, la graduación de la derecha corresponde a la escala absoluta. 0 °C corresponde a 273 K 0 K corresponde a -273 °C 100 °C corresponden a 373 K Las divisiones de la escala absoluta son iguales a las de la escala Celsius, y la temperatura absoluta es igual a la temperatura centígrada más 273. T = t + 273 Y a la inversa, la temperatura centígrada es igual a la absoluta menos 273. t = T - 273 Ejemplo: Calculemos cuántos grados absolutos corresponden a 25 °C. T = t + 273 = 25 + 273 = 298 K Y ahora vamos a calcular a cuántos grados centígrados equivalen a 288 K. t = T - 273 = 288 - 273 = 15 °C Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 40 de 81 2.10. EFECTO DEL CALOR Al objeto de facilitar el estudio del resto de este Capítulo es conveniente realizar las siguientes aclaraciones. – Los cuerpos objeto de este estudio están constituidos por sustancias puras (las mezclas y aleaciones tienen un comportamiento más complejo que depende en gran medida de las proporciones en que se encuentran los componentes). – Las evoluciones que sufren los cuerpos afectan a la estructura interna de la sustancia. – Mientras no se indique explícitamente lo contrario en el texto o las figuras los procesos que se describen a continuación se realizan a presión constante y tienen lugar en un recinto cerrado de volumen variable, tal como el formado por el cilindro rígido tapado por un émbolo al que se ajusta perfectamente, representado en las figuras. Escala graduada Pesas Flecha Termómetro Manómetro de presión absoluta émbolo móvil Cilindro rígido Cuerpo El émbolo cuyo peso es despreciable se puede desplazar sin rozamiento arriba y abajo en el cilindro. En el interior del recinto, al que se le ha extraído todo el aire, se introduce una sustancia pura y se la somete a una cierta presión, por ejemplo poniendo un número determinado de pesas sobre el émbolo. Las variaciones de temperatura se miden en un termómetro, la presión se controla con un manómetro que mide presiones absolutas y las variaciones de volumen se indican sobre una escala graduada por una flecha instalada en el extremo superior del émbolo. Las paredes del recinto no representan dificultad alguna al paso del calor. – Cuando se dice que un cuerpo absorbe calor del ambiente que lo rodea (figura de la izquierda) nos estamos refiriendo a que la sustancia de la que está constituido el cuerpo aumenta su energía. Este aumento de energía puede producir un incremento de la temperatura del cuerpo, por lo cual se dice que el cuerpo se calienta, o bien provoca un cambio de estado. En los dos casos el cuerpo, por lo general, incrementa su volumen y el émbolo se desplaza hacia arriba (figura de la derecha). Por el contrario cuando se dice que el cuerpo cede calor al ambiente que lo rodea (figura 2) nos estamos refiriendo a que el cuerpo disminuye su energía. Esta disminución de energía puede producir en el cuerpo un descenso de su temperatura por lo cual se dice que se enfría, o bien provocar en él un cambio de estado. En los dos casos, por lo general, se produce una reducción de volumen y el émbolo se desplaza hacia abajo. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 41 de 81 Los efectos más importantes que el calor produce sobre la materia son: – Modificar su volumen (dilatación, contracción). – Variar su temperatura. – Provocar su cambio de estado. 2.10.1. Dilatación El aumento de volumen que experimenta un cuerpo cuando se calienta se llama dilatación. El calor absorbido por el cuerpo incrementa la energía cinética de sus moléculas, es decir, su velocidad, y por consiguiente aumenta el número y la intensidad de los choques entre moléculas, lo que provoca que se separen unas de otras y en definitiva que aumenten las dimensiones del cuerpo. La reducción de tamaño que experimenta un cuerpo cuando se enfría se llama contracción. Ello se debe a que al descender la energía calorífica del cuerpo, la distancia entre sus moléculas disminuye. Las variaciones de volumen debidas al calor se manifiestan en los cuerpos en estado sólido, líquido o gaseoso. A presión constante las variaciones de temperatura provocan en los gases mayores variaciones de volumen que en los sólidos y líquidos. Ejemplo: El mercurio del termómetro por efecto del calor se dilata. En este tipo de termómetros se emplea la dilatación de un líquido, mercurio, alcohol, etc. para medir la temperatura. Con este ejemplo se demuestra como la dilatación o contracción están directamente relacionadas con las variaciones de su temperatura. Ejemplo: Los bimetales están formados por dos láminas metálicas con diferentes coeficientes de dilatación. Estas láminas metálicas están íntimamente unidas entre sí. en caliente Láminas bimetálicas en frío Desplazamiento por dilatación de las láminas bimetálicas Al calentar un bimetal se deforma debido a que una lámina se dilata más que la otra. Por esta propiedad de deformarse los bimetales fueron utilizados en algunos dispositivos de seguridad de los aparatos a gas. Sin embargo hoy en día están en desuso aunque siguen siendo muy empleados en algunos aparatos eléctricos como planchas y estufas. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 42 de 81 Casi todos los cuerpos cuando están calientes tienen menor masa volumétrica que cuando están m fríos. Recuerda ρ = –––– La masa (m) es la misma cuando está fría que caliente, sin embargo el v volumen aumenta o disminuye según el caso. El agua es una de las pocas excepciones. Al descender la temperatura de 4 °C a 0 °C aumenta de volumen. Por esta causa el hielo flota. Cuando un cuerpo se dilata realiza un trabajo, para lo cual ha de consumir una cierta cantidad de energía que absorbe del ambiente que lo rodea. Por el contrario cuando se contrae desprende la misma cantidad de energía que cede al ambiente que lo rodea. Ejemplo: Al calentar el gas desde la temperatura inicial t1 hasta la final t2 se expande (se dilata) desde el volumen V1 al V2 y realiza una cierta cantidad de trabajo contra el exterior, es decir, contra la presión atmosférica que actúa sobre el émbolo y desplazando las pesas hacia arriba. Si a continuación enfriamos el gas hasta la temperatura t1 inicial, se contraerá desde el volumen V2 hasta el V1 y recibirá del exterior la misma cantidad de trabajo. 2.10.2. Calor sensible Cuando un cuerpo absorbe calor sin cambiar de estado incrementa su temperatura y, tal como hemos visto, también su volumen. Estos incrementos de temperatura y volumen son las manifestaciones de lo que sucede en la estructura interna del cuerpo, a saber, el incremento de energía, es decir, el calor absorbido provoca un aumento de la velocidad de sus moléculas. Por el contrario, cuando el cuerpo se enfría, es decir, cede calor al exterior sin cambiar de estado, reduce su energía y con ello la velocidad de sus moléculas, y por consiguiente su temperatura desciende a la vez que se reduce su volumen. tf ti c m Q Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 43 de 81 Al calor absorbido o cedido por un cuerpo que no produce un cambio de estado pero si una variación de su temperatura y volumen, se le denomina calor sensible y se rige por la fórmula: Q = m x c x (tf – ti) donde: Q es el calor absorbido o cedido por el cuerpo (kJ) m es la masa del cuerpo (kg) c es el calor específico del cuerpo a presión constante en el estado en que se encuentre (kJ/kg °C) ti es la temperatura inicial (°C) tf es la temperatura final (°C) La diferencia (tf - ti) es el incremento de temperatura. Si la temperatura final del cuerpo es mayor que su temperatura inicial, el incremento de temperatura es positivo y el cuerpo absorbe calor del exterior, es decir, el cuerpo se calienta. En caso contrario el incremento de temperatura es negativo y el cuerpo cede calor al exterior enfriándose. La cantidad de calor que absorbe un cuerpo cuando pasa de una determinada temperatura a otra es igual a la que cede cuando pasa de esta última a la primera. El calor absorbido se considera positivo (+) y el cedido negativo (-). La fórmula del calor sensible, al estar relacionada con la variación de temperatura que experimenta el cuerpo, sólo se puede aplicar en los intervalos de temperatura correspondientes a cada estado concreto: sólido, líquido o gaseoso, pero no cuando tiene lugar un cambio de estado. Ejemplo: Hallar la variación de calor sensible que experimentan 50 kg de hielo que pasan de -10 °C a -5 °C a la presión atmosférica normal. tf = -5 ºC ti = -10 ºC (2,1 kJ/kg K) Q C = 0,5 cal/g º C m = 50 kg hielo El calor específico del hielo a la presión atmosférica normal es, cS= 0,5 kcal/kg °C (2,1 kJ/kg). La temperatura inicial del hielo es -10 °C y la final -5 °C y el incremento de temperatura es positivo, 5 °C. Q= m × cs × (tf - ti) = 50 × 0,5 × [- 5 - (- 10)] = 125 kcal (525 kJ) Respuesta: Los 50 kg de hielo incrementan su temperatura en 5 °C, es decir se calientan, para lo cual precisan absorber 125 kcal (525 kJ). Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 44 de 81 Ejemplo: Calcula la variación de calor sensible que experimentan 200 kg de agua cuando pasan de 15 °C a 65 °C a la presión atmosférica normal. En estas condiciones el agua se encuentra en estado líquido y su calor específico es ci = 1 kcal/ kg °C (4,19 kJ/kg ºC). La temperatura inicial es de 15 °C y la final 65 °C. Aplicando la fórmula del calor sensible: Q= m × ct × (tf - ti) = 200 × 1 × (65 - 15) = 10.000 kcal (41.900 kJ) Respuesta: Los 200 kg de agua incrementan su temperatura en 50 °C, es decir, se calientan, para lo cual precisan absorber 10.000 kcal (41900 kJ). Ejemplo: Si los 200 kg de agua del ejemplo anterior pasan de 65 °C a 15 °C, el incremento de temperatura es negativo, -50 °C, por lo que se enfrían y ceden 10 000 kcal (41 900 kJ), es decir, el incremento de calor es -10 000 kcal (-41 900 kJ). Ejemplo: Calcular la variación de calor sensible de 100 kg de vapor de agua que pasan de 175 °C a 100 °C a la presión atmosférica normal. El calor específico del vapor de agua a la presión atmosférica normal es 0,45 kcal/kg °C (1,88 kJ/kg ºC). La temperatura inicial del vapor es 175 °C y la final 100 °C. El incremento de temperatura es negativo (-75 °C). Aplicando la fórmula del calor sensible: Q= m × cv × (tf - ti) = 100 × 0,45 × (100 - 176) = -3.375 kcal (-14.100 kJ) Respuesta: Los 100 kg de vapor de agua reducen su temperatura en 75 °C. es decir, se enfrían, por lo cual, ceden 3375 kcal (14 100 kJ). 2.10.3. Cambio de estado Ya hemos visto que la materia se presenta en la naturaleza en uno de los siguientes estados o fases: sólido, líquido o gaseoso. El estado o fase en que se muestra en un momento determinado depende de las condiciones a las que está sometida (presión, temperatura, etc). Cuando estas condiciones varían se producen modificaciones en la estructura interna de la materia que pueden provocar en ella un cambio de estado. aci n ific lid sió Fu Sublimación ón ión Sublimación cci So fa ue zac ri po Va Sólido Lic ón Líquido Gas o Vapor Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 45 de 81 2.10.4. Fusión La fusión es el paso de sólido a líquido. Fu sió n Líquido Gas Sólido o Vapor La fusión es un cambio de estado que tiene lugar con absorción de calor. El calor absorbido durante la fusión provoca la rotura de los enlaces entre moléculas correspondientes al estado sólido que pasan al estado líquido. Por lo general, durante la fusión se produce un pequeño aumento de volumen. Muy pocas sustancias, entre ellas el agua, durante la fusión reducen su volumen. Cuando un cuerpo se encuentra en fusión se dice que se está fundiendo o derritiendo. 2.10.5. Solidificación La solidificación es el paso del estado líquido al sólido. Este cambio de estado tiene lugar con cesión de calor. El calor cedido durante la solidificación procede de la formación de los enlaces entre moléculas correspondientes al estado sólido. Por lo general, durante la solidificación se produce una pequeña reducción de volumen. El agua es una excepción ya que aumenta de volumen al solidificarse. En lenguaje corriente cuando la temperatura de solidificación es baja, se dice que el cuerpo se congela. Sólido sió n Fu So lid ific aci ón Líquido Gas o Vapor La fusión y la solidificación son cambios de estado inversos. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 46 de 81 2.10.6. Vaporización La vaporización es el paso del estado líquido al gaseosos, dándose el nombre de vapores a los fluidos resultantes de este cambio de estado. Líquido n ció fac ue n ció riza Lic po Va Sólido Gas o Vapor Cuando los vapores se forman lentamente, tan sólo en la superficie libre del líquido, el fenómeno se designa con el nombre de evaporación, llamándose ebullición a la formación rápida de vapores en el seno del líquido y a temperatura constante. La evaporación se produce a cualquier temperatura, no así la ebullición que tiene lugar a una temperatura determinada para cada presión. Los líquidos son volátiles o fijos según que su evaporación se verifique fácilmente o no. El alcohol y el éter son volátiles y el aceite de oliva no. La evaporación se produce porque algunas de las moléculas del líquido que se encuentran en su superficie libre tienen la suficiente velocidad (energía cinética) y se mueven en la dirección adecuada para escapar del líquido. Por ello la evaporación se facilita aumentando la superficie libre del líquido y renovando el ambiente que lo rodea. Por el contrario en la ebullición se ve implicada toda la masa del líquido produciéndose el vapor en forma de burbujas desde su interior. La vaporización tiene lugar con absorción de calor. El calor absorbido provoca la rotura de los enlaces entre moléculas correspondientes al estado líquido por lo que pasan al estado gaseoso (vapor). Por lo general durante la vaporización se produce un aumento espectacular de volumen. 2.10.7. Condensación La licuefacción o condensación es el paso del estado gaseoso o vapor a líquido, respectivamente. En la licuefacción o condensación se cede calor. El calor cedido se produce en la formación de los enlaces correspondientes al estado líquido y en la reducción de volumen que por lo general tiene lugar en este cambio de estado. La licuefacción o condensación tiene lugar cuando un vapor reduce su volumen, o enfría o ambos a la vez. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 47 de 81 Líquido n ció fac n ue Lic izació r po Va Sólido Gas o Vapor Ejemplo: El vapor de agua que se encuentra en el aire de la habitación al ponerse en contacto con el cristal frío se condensa y se convierte en líquido. La vaporización y la licuefacción o condensación son cambios de estado inversos. 2.11. TRANSMISIÓN DEL CALOR El calor es una energía que está continuamente en tránsito, es decir, que no puede almacenarse por largos períodos de tiempo, siempre se transmite de los cuerpos más calientes a los más fríos. La mejor forma de almacenar la energía es no transformarla en energía calorífica. La energía que tiene el gas se conserva indefinidamente mientras no se transforma en calor ya que en forma de calor se transmite a los cuerpos próximos. La transmisión de calor puede realizarse de tres formas: – por conducción – por convección – por radiación 2.11.1. Por conducción. Materiales conductores, aislantes y refractarios Cuando distintas partes de un cuerpo se encuentran a diferente temperatura, las moléculas de las zonas más calientes tienen más energía que las de las zonas frías por lo que chocan con más velocidad y frecuencia entre ellas y con sus vecinas. Es en estos choques que se produce el intercambio de energía. A esta forma de transmitirse el calor se la denomina transmisión de calor por conducción. La transmisión de calor por conducción tiene lugar principalmente en los cuerpos en estado sólido, si bien en cierto grado también se produce en los líquidos y gases. Ejemplo: Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 48 de 81 Las diversas partes de un cuerpo están a distinta temperatura. La figura muestra una barra de hierro en contacto con una llama. A través de la barra se transmite el calor de la llama hasta la mano. La transmisión no fue instantánea, ya que la mano tardó en notar el calor, y más en hacerse insoportable el contacto. El calor se ha ido transmitiendo por conducción entre las moléculas de la barra. Para la transmisión del calor por conducción se precisa la presencia de materia. 2.11.1.1. Materiales conductores Entre los sólidos hay materiales que son muy buenos conductores del calor. Los metales destacan por encima de los demás. Los mejores metales desde el punto de vista de la conducción de calor son el oro, la plata, el cobre y el aluminio. Los no metales son, en general, malos conductores del calor. No todos los sólidos son efectivos como transmisores de calor por conducción: materiales como el vidrio, la madera, la paja y el corcho son malos conductores. 2.11.1.2. Materiales aislantes y refractarios Los cuerpos que transmiten mal el calor se llaman aislantes. Muchos materiales que son buenos aislantes no soportan bien el impacto directo de las llamas de alta temperatura, por lo que se les ha de proteger. Los refractarios son materiales que conducen mal el calor y pueden soportar altas temperaturas sin destruirse o deformarse. En los recintos en los que se producen altas temperaturas (hogares, hornos, etc.) se interpone una capa de material refractario entre la llama y el aislamiento con el fin de protegerlo. 2.11.2. Por convección Ya hemos visto que los cuerpos cuando están calientes tienen menor densidad que cuando están fríos. Esta menor densidad hace que las partes de un fluido, líquido o gas, que están calientes floten, es decir, se desplacen hacia arriba respecto a las partes frías del fluido, a la vez que éstas, por su mayor densidad, descienden. En estos desplazamientos de materia se transmite el calor desde la parte baja de un recipiente a la superior. A esta forma de propagarse el calor se la denomina transmisión del calor por convección. En los fluidos el calor se transmite principalmente por convección. Este tipo de transmisión del calor tiene lugar siempre con transporte y movimiento de materia. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 49 de 81 En la figura tenemos un ejemplo de convección. El agua al calentarse por contacto con la superficie inferior de la vasija asciende, debido a su menor densidad, y su puesto viene a ocuparlo el agua más fría que tiene una mayor densidad, formándose las corrientes de convección. La convección que hemos descrito se llama convección natural. Cuando el movimiento del fluido viene provocado por un agente externo, por ejemplo una bomba aceleradora o un ventilador, la convección se llama forzada. 2.11.3. Por radiación. Radiaciones infrarrojas, visibles y ultravioletas Los cuerpos cuando están calientes emiten energía en forma de radiaciones térmicas. Estas radiaciones cuando son absorbidas por un cuerpo se transforman en calor. A esta forma de transmitirse la energía se la denomina transmisión de calor por radiación. Las radiaciones térmicas no precisan de un medio material para propagarse. Por el contrario, la presencia de materia puede ser un impedimento para ello. En todas las aplicaciones en que se utiliza la transmisión de calor por radiación se procura evitar que entre el foco emisor (cuerpo caliente) y el receptor (cuerpo frío) se interpongan objetos, partículas o vapores que puedan absorber las radiaciones térmicas. Las radiaciones se transmiten en línea recta, por lo que sólo son captadas por la superficie de los objetos que están directamente expuestos a ellas. El resto del cuerpo está a la “sombra”. Esta energía, ya en forma de calor, se transmite al interior del cuerpo por conducción y/o convección. Ejemplo: La energía generada en el Sol llega a la Tierra por radiación de igual manera que el calor generado por una estufa de infrarrojos. La presencia de nubes dificulta el paso de una parte de la energía emitida por el Sol. El ojo humano es sensible solo a una parte de las radiaciones térmicas, las visibles, las cuales al iluminar los objetos nos permiten percibir su presencia. Sin embargo los cuerpos calientes también emiten parte de su energía en forma de radiaciones a las que el ojo humano no es sensible, llamadas radiaciones infrarrojas y ultravioletas y que producen distintos efectos sobre nuestra piel. La transmisión de calor por radiación tiene gran importancia en muchos procesos industriales y domésticos. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 50 de 81 2.12. CAUDAL El caudal es la cantidad de fluido (líquido o gas) que pasa a través de una superficie dada en la unidad de tiempo. 2.12.1. Caudal volumétrico El caudal volumétrico nos indica el volumen de un gas o de un líquido que circula por una sección en la unidad de tiempo. Hemos oído la expresión “el caudal volumétrico de un río es de 2.000 metros cúbicos por segundo”, lo cual nos indica que si una superficie imaginarla cruzase el río de orilla a orilla, cada segundo lo atravesarían 2.000 metros cúbicos de agua. El caudal volumétrico nos viene dado por V C = –– t donde: C = caudal volumétrico (m3/s) V = volumen (m3) t = tiempo (s) El mismo concepto se aplica para el gas. Por ello cuando nos dicen que el caudal que pasa por una tubería es de 30 m3/h se están refiriendo a que una sección cualquiera perpendicular a la tubería, en una hora pasan 30 m3 de gas. En el Sistema Internacional la unidad de volumen es el metro cúbico (m3) y la del tiempo el segundo (s), por tanto la unidad de caudal volumétrico es el metro cúbico por segundo Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 51 de 81 (m3/s). En el caso de los gases se han de especificar las condiciones de referencia (temperatura y presión). En algunos casos es más adecuado utilizar otras unidades para el caudal volumétrico, la siguiente tabla nos las muestra y nos da sus equivalencias. m3/s m3/h l/h (dm3/h) 1 3600 3 600 000 0,000 277 8 1 1000 0,000 000 277 8 0,001 1 Es preciso aclarar que un cambio de unidades no presupone un cambio de condiciones de referencia, es decir, si no se especifica lo contrario el gas antes y después del cambio de unidades se encuentra a la misma presión y temperatura. Así, si nos dicen que pasemos un cierto caudal de gas, que está a 25 °C y 1,065 bar dado en m3/s a m3/h se entiende que el caudal de gas, expresado en las nuevas unidades se encuentra a la misma temperatura y presión, es decir, a 25 °C y 1,065 bar. 2.12.2. Caudal másico El caudal másico nos indica la masa de gas o de líquido que atraviesa una sección perpendicular a la tubería en la unidad de tiempo. Entonces el caudal másico se expresa por: m C = –– t donde: C = caudal másico (kg/s) m = masa (kg) t = tiempo (s) Unidades Como en el SI la unidad de masa es el kilogramo (kg) y la del tiempo es el segundo (s), la unidad de caudal másico es el kilogramo por segundo (kg/s). Al no verse afectada la masa por la presión ni la temperatura no es necesario indicar las condiciones de referencia. El caudal másico se emplea normalmente en el cálculo de instalaciones de GLP y la unidad práctica utilizada es el kilogramo/hora (kg/h). En la siguiente tabla se relacionan entre sí distintas unidades de caudal másico. kg/s g/s kg/h g/h 1 1000 3600 3 600 000 0,001 1 3,6 3600 0,000 277 8 0,277 78 1 1000 0,000 000 28 0,000 277 8 0,001 1 Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 52 de 81 2.13. EFECTO VENTURI (sólo categorías B y A) En una conducción por la que circula un fluido incompresible a régimen constante, se cumple que el caudal, en cualquier sección transversal de la conducción, es constante. ß Si la conducción es horizontal y de sección uniforme, la velocidad del fluido es constante. C V = –– S ß Si en la conducción horizontal existen variaciones de sección, como el caudal se ha de mantener constante en toda la conducción, debe cumplirse: C = S1 × V1 = S2 × V2 donde: C = caudal S1= secciones en 1 V1 = velocidad en 1 S2= sección en 2 V2 = velocidad en 2 Si la sección es menor en un punto determinado de la conducción, la velocidad aumenta en este punto en la misma proporción, debido a que el caudal ha de mantenerse constante. En este caso se produce un efecto muy curioso, contrario a lo que pudiera esperarse por intuición. La presión que el líquido ejerce sobre las paredes del tubo en su parte angosta es inferior a la presión que ejerce el mismo líquido en la parte ancha del tubo. Es decir, la presión disminuye allí donde la velocidad aumenta. Este fenómeno se llamó “efecto Venturi” por ser este físico su descubridor. Este efecto puede comprobarse mediante la construcción que se representa en la figura: En esta figura se observa que el manómetro que mide la presión de la parte estrecha indica menor presión que el manómetro instalado en la parte ancha y se dice que en la zona de paso estrecho está en depresión respecto de la ancha. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 53 de 81 2.13.1. Aplicaciones del efecto Venturi El efecto Venturi tiene muchas aplicaciones de las que vamos a ver algunas: Quemadores atmosféricos de gas Inyector Quemador Chiclé Aire Mezcla aire gas Gas Aire Pipa El tubo que conduce el gas se estrecha en el inyector obligando al gas a salir por un orificio muy pequeño justo frente a la entrada de la pipa del quemador. El gas, al entrar en el estrechamiento a una velocidad elevada produce una depresión que succiona el aire mezclándolo con el gas dentro de la pipa. En los quemadores atmosféricos de gas se emplea el efecto Venturi para aspirar el aire primario y conseguir una mezcla aire-gas. Calentador instantáneo de agua En un calentador instantáneo, mientras no se demanda agua caliente, el agua fría no circula. Por ello, la presión del agua en la cara inferior (1) y superior (2) de la membrana (3) son iguales y esta no se deforma. Al demandar agua caliente, el agua fría se pone en circulación provocando a su paso por el venturi una depresión, que se transmite por el tubo (4) a la cara superior de la membrana por lo que esta se deforma abombándose hacia arriba y desplazando la válvula (5) que deja paso al gas hacia el quemador principal (6). Agua caliente Gas Agua fría Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 54 de 81 2.14. RELACIONES PVT EN LOS GASES: ECUACIÓN DE LOS GASES PERFECTOS. TRANSFORMACIÓN A TEMPERATURA CONSTANTE. TRANSFORMACIONES A VOLUMEN CONSTANTE. TRANSFORMACIONES A PRESIÓN CONSTANTE (sólo categorías B y A) 2.14.1. Los gases reales Los gases están constituidos por un gran número de moléculas que se mueven continuamente en todas las direcciones y con todas las velocidades posibles y entre ellas se ejercen fuerzas de atracción y de repulsión, en general con predominio de estas últimas, las cuales provocan que se alejen unas de otras. Por estas causas los gases siempre ocupan el máximo volumen posible. De lo anterior es fácil deducir que el movimiento de las moléculas de los gases es totalmente desordenado y caótico en el cual las moléculas chocan entre sí y con las paredes del recipiente que las contiene. En estos choques, que son elásticos, las moléculas intercambian energía. 2.14.2. Los gases perfectos Al objeto de explicar el comportamiento de todos los gases se desarrolló un modelo simplificado de gas que dio origen a la teoría de los gases perfectos, la cual, dentro de ciertos límites de presión y temperatura, explica satisfactoriamente el comportamiento de los gases reales. La teoría de los gases perfectos también presupone el movimiento caótico y desordenado de las moléculas salvo que entre ellas no se produce ningún tipo de interacción, es decir, entre las moléculas de los gases perfectos no se ejercen fuerzas de atracción ni de repulsión y sus choques son puntuales y perfectamente elásticos. La presión absoluta y la temperatura absoluta en los gases Cada choque de una molécula contra la pared del recipiente da lugar a que ésta reaccione con una fuerza igual y en sentido contrario, o lo que es lo mismo, cada unidad de superficie del recipiente ha de resistir la fuerza debida a la suma de todos los choques de las moléculas que impactan sobre ella en la unidad de tiempo. La presión absoluta de un gas contenido en un recipiente es la fuerza por unidad de superficie que las moléculas del gas ejercen sobre las paredes del recipiente y recíprocamente, toda la masa del gas se encuentra sometida a la misma presión absoluta. En su momento se relacionó el movimiento de las moléculas de un cuerpo con su temperatura llegándose a la conclusión de que la temperatura absoluta mide el grado de agitación de las moléculas, es decir, si las moléculas de un cuerpo no se mueven, tampoco chocan, por lo cual no ejercen presión y su temperatura absoluta es cero grados. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 55 de 81 En general, y en concreto en el caso de los gases perfectos, cuando se hace referencia a la presión y a la temperatura se deben considerar presiones absolutas y temperaturas absolutas lo que se ha de tener en cuenta al aplicar las fórmulas. 2.14.3. Transformación a temperatura constante Supongamos que se disponen de dos recipientes cerrados A y B exactamente iguales e independientes y que cada uno contiene el mismo número de moléculas de un gas perfecto. Los dos recipientes se encuentran a la misma presión absoluta, por ejemplo, a 3 bar, y a la misma temperatura absoluta, 283 K (10 °C). El volumen de cada recipiente es 20 m3. 3 bar 3 bar 283 k A 283 k VA = 20 m3 B VB = 20 m3 VA = VB = 20 m3 Si comunicamos entre sí los dos recipientes, tal como se indica en la figura siguiente, tendremos un único recipiente con el doble de volumen (VA + VB = 40 m3) que contiene el doble de moléculas. La presión absoluta no habrá variado ya que el número de choques que se produce por unidad de superficie es el mismo que el que tenía lugar en cada uno de los recipientes cuando estaban separados. 3 bar 3 bar 283 k 283 k VA + VB = 40 m3 A B VA + VB = 40 m3 6 bar 283 k A VA = 20 m3 B VA = 20 m3 Si manteniendo la misma temperatura, 283 K (10 °C), se pasa todo el gas al recipiente A, como muestra la figura superior, tendremos en la mitad de volumen (VA = 20 m3) el doble de moléculas y como consecuencia de ello se producirán el doble de choques por unidad de superficie, es decir, la presión absoluta será el doble, 6 bar. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 56 de 81 En el S. XVII el irlandés Boyle y el francés Mariotte realizaron por separado gran cantidad de experimentos con gases a los que hicieron evolucionar a temperatura constante. Como conclusión de sus estudios enunciaron la ley que lleva sus nombres: Ley de Boyle y de Mariotte o de las transformaciones isotérmicas que dice: si mantenemos constante la temperatura de una determinada masa de gas, cuando aumenta la presión se reduce el volumen, y por el contrario, cuando se disminuye la presión aumenta el volumen. Es decir, a temperatura constante el volumen varía en razón inversa a la presión absoluta. P1 Vf ––– = ––– Pf Vi Es decir O lo que es lo mismo Pi × V1 = Pf × Vf donde: Pi es la presión absoluta inicial Vi es el volumen inicial Pf es la presión absoluta final Vf es el volumen final. De la última fórmula se deduce que en cualquier instante de una transformación isotérmica se cumple que el producto de la presión absoluta del gas por el volumen que ocupa en dicho instante es constante. Pi x Vi = constante = C Pf x Vf = constante = C 2.14.4. Transformaciones a volumen constante Al calentar una cierta masa de gas perfecto contenida en un recinto herméticamente cerrado e indeformable se comprueba que aumenta su temperatura, es decir, aumenta la velocidad de sus moléculas y por consiguiente el número e intensidad de choques entre ellas y con las paredes del recipiente, como consecuencia de todo ello aumenta la presión absoluta del gas. Al realizarse la transformación en un recinto herméticamente cerrado el gas no puede entrar ni salir de su interior y por ser indeformable su volumen se mantiene constante. Cumpliéndose la siguiente ley: manteniendo el volumen constante la presión absoluta de una determinada masa de gas varía en razón directa con la temperatura absoluta, es decir, si el gas aumenta su temperatura también aumenta la presión y por el contrario cuando se enfría su presión disminuye. Pi Tf Ti Pf Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 57 de 81 A este tipo de transformaciones a volumen constante se denominan transformaciones isócoras y se rigen por la ecuación: P1 Tf ––– = ––– Pf Ti donde: Pi es la presión absoluta inicial del gas Ti es su temperatura absoluta inicial Pf es su presión absoluta final Tf es su temperatura absoluta final 2.14.5. Transformaciones a presión constante Se introduce una determinada masa de un gas perfecto en un recipiente de volumen variable, tal como el representado en la figura, que consiste en un cilindro de paredes y un émbolo que cierra herméticamente y puede deslizar sin rozamiento por el interior del cilindro. Vf Vi Tf Ti P Q El gas perfecto encerrado en este recipiente se encuentra sometido a una presión absoluta constante como resultado de las pesas y de la presión atmosférica que actúa sobre el émbolo. Cuando se calienta el gas aumenta la velocidad de las moléculas y los choques entre ellas y debido a que se pueden alejar unas de otras, el gas se dilata empujando el émbolo hacia arriba por lo que aumenta su volumen a la vez que se incrementa la temperatura absoluta, cumpliéndose que: a presión constante los volúmenes ocupados por una masa determinada de gas son directamente proporcionales a las temperaturas absolutas, es decir, a presión constante cuando un gas aumenta su temperatura también aumenta el volumen y por el contrario, cuando se enfría reduce el volumen. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 58 de 81 A las transformaciones que se realizan a presión constante se denominan transformaciones isóbaras y se rigen por la ecuación de Gay-Lussac. V1 Tf ––– = ––– Vf Ti donde: Vi es el volumen inicial que ocupa el gas Ti es la temperatura absoluta inicial (K) Vf es el volumen final Tf es la temperatura absoluta final (K) 2.14.6. Ecuación de los gases perfectos En el apartado anterior se han visto las principales transformaciones de los gases perfectos, todas ellas referidas a una determinada masa de gas que permanece invariable durante la transformación. Dichas transformaciones presuponen que el gas evoluciona según unas condiciones determinadas: a temperatura constante en las transformaciones isotérmicas, a volumen constante en las isócoras, o bien, a presión constante en las transformaciones isóbaras. Sin embargo, el caso más general es que el gas evolucione de forma completamente arbitraria entre el estado inicial y final. La Ecuación de Estado o General de los Gases Perfectos determina el estado de una masa dada de un gas perfecto en función de sus tres variables: Presión absoluta (P), Volumen (V) y Temperatura absoluta (T), sin que en ella intervenga el camino seguido para pasar del estado inicial al final: Pi × Vi Pf × Vf ––––––– = ––––––– Ti Tf donde: Pi es la presión absoluta inicial del gas Vi es el volumen inicial del gas Ti es la temperatura absoluta inicial del gas (K) Pf es la presión absoluta final del gas Vf es el volumen final del gas Tf es la temperatura absoluta final del gas (K). Despejando en la ecuación general de los gases perfectos se deducen las siguientes: Presión absoluta Pi × Vi Tf Pf = –––––––– ×–––– Ti Vf Volumen Pi × Vi Tf Vf = –––––––– ×–––– Ti Vf Ti Temperatura absoluta Tf = –––––––– × Pf × Vf Pi × Vi De las ecuaciones anteriores se ha de destacar que las presiones siempre se refieren a presiones absolutas por ello cuando en el enunciado de un problema se da la presión efectiva o relativa ésta se ha de convertir a presión absoluta, y que si bien la presión absoluta y el volumen se pueden dar en cualquier tipo de unidades obteniéndose los resultados en el mismo tipo de unidades, no así la temperatura que siempre se ha de dar en grados absolutos o Kelvin. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 59 de 81 Ejemplo: Un gas que ocupa un volumen de 20 m3 a la temperatura de 15 °C y a la presión es efectiva de 1,2 bar, cuando se calienta hasta 30 °C su volumen es de 28 m3. Calcula la presión a la que se encontrará el gas suponiendo que se comporta como gas perfecto y que la presión atmosférica local es 1,014 bar. Para resolver el problema la primera operación a realizar es identificar los datos e incógnita, para lo cual se aconseja construir una tabla como la siguiente en la que se transcriben las condiciones iniciales y finales del gas con las correspondientes unidades. Condiciones iniciales Pi (efectiva) = 1,2 bar Vi = 20 m3 Ti = 15 ºC finales Pf (absoluta) = incógnita bar Vf = 28 m3 tf = 30 °C Presión atmosférica local = 1,014 bar La tabla anterior permite: 1. identificar la incógnita, y las unidades del resultado, así como la fórmula que se ha de aplicar: en este ejemplo, la incógnita es la presión absoluta final que vendrá dada en bar; 2. concretar los cambios de unidades que se han de realizar para poder aplicar la correspondiente fórmula. En este ejemplo, se ha de pasar la presión inicial, que es efectiva, a presión absoluta, y convertir las temperaturas inicial y final en absolutas: Pi (absoluta) = Pi (efectiva) + P atmosférica local = 1,2 + 1,014 = 2,214 bar Ti = ti + 273,15 = 15 + 273,15 = 288,15 K Tf = tf + 273,15 = 30 + 273,15 = 303,15 K Con los datos en las unidades adecuadas se llevan a la fórmula que permite determinar la incógnita: Pi × Vi Tf 2,214 × 20 303,15 PF = ––––––– × ––– = ––––––––––– × –––––––– = 1,664 bar Ti Tf 288,15 20 Respuesta: Después de la transformación el gas ocupa un volumen de 28 m3 y se encuentra a la presión absoluta de 1,664 bar y a la temperatura absoluta de 303,15 K. 2.15. TENSIÓN DE VAPOR (BOTELLAS DE GLP) Si en un recipiente cerrado tenemos gas almacenado, parte en forma líquida y parte en forma gas, las dos formas coexisten en equilibrio a una presión llamada tensión de vapor. Si dejamos salir cierta cantidad de gas, el equilibrio se rompe, entonces se vaporiza la cantidad necesaria de líquido para que se recupere el equilibrio, produciéndose el fenómeno de vaporización natural. El calor necesario para dicha transformación se obtiene del ambiente, a través de las paredes del recipiente. Si el caudal de gas extraído es elevado, puede llegar a congelarse el exterior de la botella, reduciéndose el proceso de vaporización, y por tanto el caudal de gas extraíble. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 60 de 81 2.16. NOCIONES DE ELECTRICIDAD Un átomo está constituido por una parte central fija, llamada núcleo, y otra exterior, llamada envoltura. El núcleo está formado esencialmente por dos tipos de partículas: los protones y los neutrones. El protón es la carga elemental de electricidad positiva. La envoltura está formada por un conjunto de partículas que giran alrededor del núcleo a gran velocidad, estas partículas se llaman electrones. El electrón es una partícula con electricidad negativa. Es la carga elemental de electricidad negativa. Los electrones giran alrededor del núcleo en varias capas. Los electrones de la última capa se llaman electrones libres y los de las capas interiores electrones fijos. Los electrones fijos no pueden desplazarse de unos átomos a otros, los electrones libres sí que pueden hacerlo. En la siguiente figura tenemos un átomo que tiene el mismo número de electrones que de protones, por lo que en conjunto no tiene carga eléctrica y se le llama átomo neutro. Los siguientes átomos tienen un exceso o defecto de electrones, debido a que un electrón libre del átomo B se ha desplazado al átomo A, en conjunto el átomo A tiene carga eléctrica negativa y el átomo B positiva. Los átomos que tienen un exceso o defecto de electrones se llaman átomos excitados. A B Los cuerpos normalmente, al igual que los átomos, se hallan neutros en la naturaleza, pero si un cuerpo pierde o gana electrones se carga eléctricamente. Así, la carga eléctrica positiva o negativa no es más que un defecto o exceso de electrones. El movimiento de los electrones libres de un átomo al siguiente constituye la corriente eléctrica. 2.16.1. Tensión, resistencia. Intensidad: concepto y unidades 2.16.1.1. Tensión En presencia de una o varias cargas eléctricas, un punto en el espacio tiene un potencial electrostático. Cuando el potencial electrostático de dos puntos no es el mismo, existe una tensión eléctrica (también llamada diferencia de potencial) entre ambos puntos. Si estos dos puntos Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 61 de 81 se ponen en contacto a través de un conductor se establece una corriente eléctrica que va del punto de mayor potencial al de menor. La tensión eléctrica también se representa por la letra U. La diferencia de potencial y la tensión se miden con la misma unidad, el voltio, que se representa mediante la letra V. El siguiente cuadro nos indica los múltiplos y submúltiplos habituales del voltio. Denominación Símbolo Equivalencia Múltiplos 1 kilovoltio 1 kV = 1000 V Unidad 1 voltio 1V= 1V Submúltiplos 1 milivoltio 1 mV = 0,001 V 2.16.1.2. Resistencia La resistencia de un conductor es la oposición que ejerce al paso de la corriente eléctrica. La resistencia de un conductor depende de su longitud, de su sección transversal y de una propiedad característica del material con el que se ha construido el conductor llamada resistividad. La resistividad es una constante de cada material y nos indica el grado de oposición al paso de una corriente eléctrica que ofrece un conductor de ese material de longitud unidad y sección unidad. La resistividad se representa por ρ (se lee ro). La resistividad de un material depende de la temperatura a la que se encuentre. En casi todos los materiales aumenta al aumentar la temperatura. A medida que la resistividad de un material es mayor, ofrece una mayor oposición al paso de la corriente eléctrica. Resistividad ρ (Ω Ω x m2/m). (Los valores de la tabla se han de multiplicar por 0,000 000 01) Aluminio 2,6 Mercurio 94 Cobre 1,7 Nicron(1) 100 Hierro 49 Plata 1,5 Latón 7 Wolframio 5,5 (1) Nicron, nicrom o nichrome: aleación con un 80% de Ni y un 20% de Cr, aproximadamente. Ejemplo: La resistividad del aluminio es: ρ = 0,000 000 01 × 2,6 = 0,000 000 026 Ω · m La resistividad del mercurio es: ρ = 0,000 000 01 × 94 = 0,000 000 94 Ω · m La resistencia de un conductor se calcula mediante la siguiente fórmula: l R = ρ ––– S Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 62 de 81 donde: R = resistencia (Ω) ρ = resistividad (Ω·m) I = longitud (m) S = sección (m2) De esta fórmula se deducen las siguientes: ß Longitud del conductor R×S l = –––––– ρ ß Sección del conductor ρ×l S = –––––– R ß Resistividad del material R×S ρ = –––––– l En el SI la unidad de resistencia es el ohmio, que se representa por la letra Ω (se lee omega). En algunos casos el ohmio no es una unidad adecuada por ello se emplean múltiplos del mismo. Los múltiplos usuales del ohmio se muestran en la siguiente tabla: Múltiplos Unidad Denominación Símbolo Equivalencia 1 megaohmio 1 MΩ 1 kiloohmio 1 kΩ 1 000 000 Ω 1000 Ω 1 ohmio 1Ω 1Ω Ejemplo: Calcula la resistencia de un conductor de cobre de 200 m de longitud y cuya sección es de 3 mm2. En la fórmula l R = ρ · –– S la sección del conductor está en m2. Para poderla aplicar debemos efectuar un cambio de unidades de superficie, (consultar la correspondiente tabla) 1 mm2 = 0,000 001 m2; luego 3 mm2 = 3 x 0,000 001 = 0,000 003 m2. En la tabla de resistividades se selecciona la del cobre: Ω = 0,000 000 01 x 1,7 = 0,000 000 017 Ω·m l 200 R = ρ · –– = 0,000 000 017 × –––––––––– = 1,13 Ω S 0,000 003 El conductor de cobre de 200 m de longitud y sección 3 mm2 tiene 1,13 Ω de resistencia. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 63 de 81 2.16.1.3. Intensidad: concepto y unidades Si nos indican que el caudal que sale por un tubo es 200 litros por minuto, nos dicen que cada minuto salen 200 litros. De forma análoga la intensidad nos indica la carga que atraviesa la sección de un conductor cada segundo. La fórmula que nos permite calcular la intensidad de corriente conociendo la cantidad de electricidad y el tiempo es: Q I = –––– t donde: Q = carga eléctrica t = tiempo I = intensidad De la fórmula anterior se deducen las siguientes: ß Carga eléctrica Q=I×t ß Tiempo Q t = –––– I La unidad de intensidad es el amperio, el amperio se representa mediante la letra A. Como la unidad de carga eléctrica es 1 culombio y la de tiempo 1 segundo. 1 culombio 1 amperio = ––––––––––––– 1 segundo Cuando deseamos medir corrientes más pequeñas que el amperio utilizaremos el miliamperio (mA), que es un submúltiplo del amperio. El miliamperio es mil veces más pequeño que el amperio, luego 1 mA = 0,001 A 1 A = 1000 mA Ejemplo: Si por un conductor circulan 20 C durante 10 segundos, la intensidad de esta corriente es: Q 20 I = –––– = ––––– = 2 A t 10 Ejemplo: Vamos a calcular la carga eléctrica que atraviesa un conductor durante 8 segundos cuando la intensidad es de 15 A. Q I = –––– t si despejamos Q Q = I × t = 8 × 15 = 120 C Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 64 de 81 Ejemplo: Por un conductor circula una corriente de 100 mA. Vamos a calcular el tiempo necesario para que éste sea atravesado por 10 culombios. Q I = –––– t si despejamos t Q 10 t = –––– = ––––– = 100 segundos I 0,1 2.16.2. Potencia y energía: concepto y unidades 2.16.2.1. Potencia eléctrica La electricidad es una forma de energía, por tanto, la energía eléctrica es capaz de desarrollar un trabajo. 60 W Si nos fijamos en la bombilla de la figura, observaremos que aparecen dos valores que nos indican las características de la lámpara. 220 V Estos valores son 220 V y 60 W. 220 V nos indica la tensión de trabajo de la bombilla y 60 W la potencia que desarrolla. Recordemos que la potencia es el trabajo desarrollado en la unidad de tiempo. El valor de la potencia eléctrica nos viene dado por la expresión: Potencia = Tensión × Intensidad utilizando en lugar de las magnitudes los símbolos que las representan tenemos: P=U×I donde: P es la potencia eléctrica (W) U es la tensión (V) I es la intensidad (A) De la fórmula anterior se deducen las siguientes: P ß Tensión o diferencia de potencial U = ––– I ß Intensidad de la corriente P I = ––– U Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 65 de 81 2.16.2.2. Unidades para la medida de la potencia eléctrica La potencia eléctrica se mide en vatios (W). No obstante en algunos casos el vatio es una unidad muy pequeña y se utilizan múltiplos del vatio, la siguiente tabla nos los indica: Múltiplos Unidad Denominación Símbolo Equivalencia 1 megavatio 1 MW 1 kilovatio 1 kW 1 000 000 W 1000 W 1 vatio 1W 1W Ejemplo: Calcular la intensidad que circula por una bombilla cuyas características son 220 V y 60 W. De la fórmula P = U × I despejamos I: P 60 W I = –– = ––––––– = 0,272 A U 220 V La intensidad de la corriente que circula por esta bombilla es de 0,272 A. 2.16.2.3. Energía eléctrica Recordemos que la energía es el trabajo realizado, es decir la potencia multiplicada por el tiempo durante el cual se ha desarrollado. Por tanto: E=P×t donde: E = energía P = Potencia t = tiempo De la fórmula anterior se deducen las siguientes: E P = ––– t ß Potencia ß Tiempo E t = ––– P 2.16.2.4. Unidades para la medida de la energía eléctrica En el SI la energía se mide en julios, sin embargo ésta es una unidad muy pequeña, por ello en la práctica para medir la energía eléctrica se emplea el kilovatio hora (kWh). 1 kWh = 1000 Wh 1 kWh = 3 600 000 J 1 kWh = 860 kcal Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 66 de 81 Ejemplo: Calcular la energía que consume una bombilla de 60 W durante 10 horas. Da el resultado en kWh y kcal. E = P × t = 60 W × 10 h = 600 Wh = 0,6 kWh 2.17. CUERPOS AISLANTES Y CONDUCTORES (sólo categorías B y A) Como se ha indicado anteriormente, la resistencia que presenta un cuerpo al paso de la corriente eléctrica depende de la naturaleza del mismo, su sección y su longitud. S 1 l R = ρ –– S donde: R = resistencia (Ω) ρ = coeficiente de resistividad (Ωm) I = longitud (m) S = sección (m2) Cuando el coeficiente de resistividad de un cuerpo es bajo decimos que es un buen conductor y cuando es elevado decimos que es un mal conductor o aislante. De esta forma el cobre es un buen conductor y la madera es un aislante. Buenos conductores Electrones libres Malos conductores o aislantes Ninguno o muy pocos electrones libres Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 67 de 81 Esto es porque los cuerpos que conducen la corriente eléctrica están formados por átomos que tienen electrones libres y los cuerpos aislantes están formados por átomos que no tienen electrones libres. En ciertas circunstancias un cuerpo mal conductor puede perder sus propiedades aislantes. Por ejemplo al aumentar la tensión entre dos puntos separados por aire, éste se ioniza, permitiendo el paso de la corriente eléctrica. En estas condiciones el aire es conductor de la electricidad. También la madera mojada es un mal aislante. 2.18. LEY DE OHM. EFECTO JOULE. EJEMPLOS APLICADOS A LA SOLDADURA (sólo categorías B y A) 2.18.1. Ley de Ohm La ley de Ohm nos relaciona la resistencia que un circuito ofrece al paso de la corriente eléctrica con la tensión que existe entre sus extremos y la intensidad de la corriente eléctrica que lo atraviesa, mediante la siguiente fórmula: U R = –––– I donde: R = resistencia (Ω) U = tensión (V) I = intensidad (A) Despejando en la fórmula anterior se deducen las siguientes: ß Tensión o diferencia de potencial U = R × 1 ß Intensidad de la corriente U I = ––– R Ejemplo: 4A G 35 Ω En el circuito de la figura observamos que por una resistencia de 35 Ω circula una corriente de 4 A. Vamos a calcular la tensión que proporciona el generador (G). U R = –––– I despejamos U U = R × I = 35 × 4 = 140 V Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 68 de 81 2.18.2. Efecto Joule Al desplazarse los electrones libres de unos átomos a otros los electrones chocan entre sí y con los núcleos de los átomos. Estos choques entre electrones y entre los electrones y los núcleos provocan un calentamiento del conductor: el conductor disipa energía en forma de calor. Cuanto mayor es el número de electrones que circulan por el conductor, mayor será el número de choques. A esta propiedad que tienen los conductores de calentarse cuando son atravesados por una corriente eléctrica se le llama efecto Joule. James P. Joule, físico inglés, estudió la relación existente entre la corriente eléctrica y el calor producido por ésta. La ley de Joule nos dice: “En una determinada resistencia la cantidad de calor originada en ella al paso de la corriente eléctrica, es directamente proporcional al cuadrado de la intensidad. A igualdad de intensidad, tal calor es proporcional a la resistencia. En todos los casos el calor desprendido es proporcional al tiempo que está pasando la corriente”. Fórmula de Joule Q = 0,24 × I2 × R × t donde: Q = cantidad de calor (calorías) I = intensidad (A) R = resistencia (Ω) t = tiempo (s) o bien: Q = 0,000279 × I2 × R × t donde: Q = cantidad de calor (Wh) I = intensidad (A) R = resistencia (Ω) t = tiempo (s) Si tenemos dos resistencias iguales, aquella en la que la densidad de corriente sea mayor, es decir que la intensidad es mayor, desprenderá más energía en forma de calor. Si tenemos dos resistencias del mismo material, de la misma longitud pero, de diferente sección, las cuales están atravesadas por la misma intensidad, aquella que tiene menor sección disipa más calor, es decir, aquella en la que la densidad de corriente sea mayor disipa más energía en forma de calor. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 69 de 81 2.18.3. Ejemplos aplicados a la soldadura La soldadura por arco es una aplicación del efecto Joule. Pinza electrodo Arco Pinza de masa Transformador En ésta la corriente eléctrica funde las piezas a unir y el metal de aportación. También en la soldadura a tope de tubos y accesorios de polietileno se utilizan placas calefactoras para fundir los extremos de las piezas a unir, antes de ponerlas en contacto y aplicar presión. Dichas placas calefactoras tienen en su interior una resistencia por la que pasa una corriente eléctrica que las calienta hasta la temperatura deseada. Otra aplicación del efecto Joule la tenemos en los accesorios de electrofusión de polietileno. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 70 de 81 Estos tienen, en el interior de la embocadura, una resistencia en forma de filamento dispuesto en forma helicoidal, integrado o no en la pared del accesorio, cuyos extremos salen al exterior para su conexión a la unidad de control. Esta unidad suministra una corriente, a una tensión constante o variable en función del tipo y tamaño del accesorio, que produce en el filamento por efecto Joule el calentamiento necesario para la fusión de parte del material de la cara interna del accesorio y de parte del material del exterior del extremo del tubo al que se une el accesorio. 2.19. CORRIENTES DE FUGA (sólo categorías B y A) Si en el entorno de una tubería metálica enterrada existe un campo eléctrico en el electrolito que define unas zonas de entrada y unas zonas de salida de corriente continua, las primeras (zonas catódicas) se verán favorecidas con una protección catódica suplementaria, y las segundas (zonas anódicas) verán acelerado su proceso de corrosión. Estos campos eléctricos pueden tener su origen en un conductor de corriente continua al que le falla el aislamiento, pasando la corriente al suelo (electrolito) y de éste a la conducción de gas, encontrando en ésta un camino más fácil de retorno que el propio conductor. Estas corrientes se denominan corrientes de fuga. Las fuentes de corriente continua que pueden causar problemas son los transportes electrificados tales como trenes, tranvías, metros y transportes de minas, los procesos electrolíticos industriales, las protecciones catódicas de terceros y los transportes Sub - estación nº 1 Fuerza motriz Tubería positiva (zona anódica) Tubería negativa (zona catódica) Sub - estación nº 2 Tubería positiva (zona anódica) Zona en peligro de corrosión Corrosión por corrientes vagabundas Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 71 de 81 Estas corrientes, que reciben la denominación de corrientes vagabundas debido a que no se conoce exactamente su recorrido a través del electrolito, no son constantes, ya que dependen de factores variables como la resistividad del terreno, lluvias, vertidos industriales, tráfico de los transportes electrificados y utilización de las fuentes de corriente continua. 2.20. CORRIENTES GALVÁNICAS (sólo categorías B y A) Si se sumergen dos metales distintos en una misma solución, éstos, tras ceder iones al electrolito, alcanzarán sus potenciales respectivos, existiendo entre ellos una diferencia de potencial eléctrico susceptible de ser medida con un voltímetro o incluso de ser aprovechada para alimentar un aparato eléctrico. En este fenómeno se basa el principio de la pila electroquímica. e– – + e– e– e– – + A – C + + A – C Pila electroquímica o galvánica Aparte de la f.e.m. generada por los dos metales, si se cortocircuitan los dos metales por el exterior del electrolito mediante un cable conductor, sucede que: ß En el electrodo formado por el metal de potencial más electronegativo habrá salida de electrones a través del conductor exterior hacia el otro metal, y al mismo tiempo, sus iones positivos se precipitarán en el electrolito, corroyéndose y deteriorándose por ello el metal. Este electrodo constituye el ÁNODO del proceso y su polaridad es POSITIVA. ß Debido a sus cargas eléctricas, los dos iones presentes en el electrolito, hidroxilo, OH-, e hidrógeno, H+, se desplazarán hacia los electrodos de polaridad opuesta. ß Los iones desprendidos del metal que hace de ánodo, M++, reaccionarán con los iones hidroxilo presentes en el electrolito, dando lugar a una molécula de hidróxido del metal, M(OH)2, el cual si es soluble, se disolverá en el electrolito, y si no lo es, precipitará como sólido. M++ + 2 OH → M (OH)2 ß Los iones hidrógenos buscarán el electrón que les falta en el otro electrodo, en el cual hay exceso de electrones procedentes del ánodo, formando átomos de hidrógeno y éstos a su vez moléculas, con lo que habrá desprendimiento de hidrógeno en forma de gas sobre la superficie de este metal. Este electrodo constituye el CÁTODO del proceso y su polaridad es NEGATIVA. Como se ha visto, al establecerse la pila electroquímica en el conductor exterior se genera una corriente eléctrica y a su vez, en el electrolito otra corriente, denominadas corrientes galvánicas, cuya naturaleza es diferente de la eléctrica. La corriente eléctrica es debida al desplazamiento en un solo sentido de los electrones en el seno de un conductor generalmente metálico. Las corrientes galvánicas se deben al desplazamiento en ambos sentidos de los iones positivos y negativos en el seno de un electrolito. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Ánodo Cátodo e– A Revisión 0 Octubre 2008 Página 72 de 81 B e- 2e– Fe++ Fe++ 2e– Fe++ Fe Fe OH- H2O a) Inicio de proceso. b) Oxidación en el ánodo. eA e C e- A C Fe++ OH+ 2e– Fe++ eFe++ OH– Fe OH OH Fe++ H+ Fe H+ e- Fe H+ H+ OH– c) Las partículas reaccionan, H e- H+ d) Reducción en el cátodo. Desprendimiento de hidrógeno. Disolución del metal del ánodo. Procesos que tienen lugar en una pila electroquímica ß Químicamente, en el ánodo tiene lugar una oxidación (pérdida de electrones) Metal→ Metal ++ + 2 ey en el cátodo una reducción (ganancia de electrones): 2 H + + 2 e– → H2 (gas) Obsérvese que es el ánodo el que sufre corrosión, mientras que el cátodo se mantiene protegido a expensas de aquél. Tubería de cobre Cátodo Ánodo Tubería de acero Pila electroquímica formada entre la tubería de cobre y la de acero. Corrientes galvánicas. El suelo actúa como electrolito Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 73 de 81 Ejemplo: Si en una conducción enterrada de acero se hace una acometida de cobre, debido a la diferencia de potencial electroquímico entre ambos materiales y a la acción del suelo, que actúa como electrolito, se crea una pila en la que la canalización de acero hace de ánodo, corroyéndose, y la acometida de cobre de cátodo. Tubería de cobre Ànodo Cátodo Tubería de acero Pila electroquímica formada entre la tubería de acero galvanizado y la de acero. El suelo actúa como electrolito El efecto contrario tendrá lugar si a la conducción de acero se le hace una acometida con un tubo de acero galvanizado (acero recubierto de una película de cinc) La tubería de acero actuará de cátodo y el cinc de la acometida de ánodo. El cinc terminará disolviéndose en el electrolito. 2.21. BASES Y FUNCIONAMIENTO DE LA PROTECCIÓN CATÓDICA (ELECTRODOS) (sólo categorías B y A) En apartados anteriores se trató sobre las pilas electroquímicas y los efectos que se producen en los electrodos. Como resumen de todo ello se destaca que el electrodo que actúa de ánodo se disuelve en el electrolito (se corroe) y el que hace de cátodo se protege. La protección catódica consiste en crear las condiciones precisas para que la conducción o el depósito se convierta en un enorme cátodo (de ahí su nombre de protección catódica) a fin de que de esta forma quede protegido, al mismo tiempo que otra pieza de escaso valor, que actúa como ánodo, se consuma en el electrolito en que ambos están inmersos. Existen dos métodos principales de protección catódica que se diferencian en el suministro de la corriente eléctrica a la conducción: ß Protección por ánodos reactivos o de sacrificio ß Protección por corriente impuesta o impresa Como complemento a estos métodos se puede considerar un tercero ß Protección por drenaje de las corrientes vagabundas. Todos estos métodos están basados en descender el potencial de la estructura que se va a proteger respecto al electrolito en el que está inmersa. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 74 de 81 2.21.1. Procedimientos de protección activa El objetivo de la protección catódica es convertir en cátodo la superficie total de la estructura que se desea proteger. Para ello se provoca mediante el dispositivo eléctrico adecuado el descenso de su potencial respecto al electrolito en el que está inmerso. Para el hierro se admite un valor del potencial de polarización de -850 mV con referencia al electrodo de cobre/sulfato de cobre, Cu/SO4Cu, o de -800 mV con referencia al electrodo de plata/cloruro de plata, Ag/CI Ag. Para el caso de corrosión por bacterias se rebaja el potencial de la estructura de hierro a proteger por debajo de -950 mV medidos respecto al electrodo de Cu/SO4Cu. 2.21.1.1. Protección por ánodos reactivos o de sacrificio La protección catódica por el método de ánodos reactivos consiste en la creación de una pila en la que el cátodo es la estructura metálica que se va a proteger y el ánodo otro metal más electronegativo. Si estos dos metales se unen eléctricamente y se sumergen o entierran en un mismo electrolito se establece un paso de corriente del metal más electropositivo al más electronegativo, y dentro del electrolito en sentido contrario, es decir, del metal más electronegativo (ánodo) al metal más electropositivo (cátodo) cerrándose el circuito y disolviéndose el metal del ánodo (corrosión) en el electrolito, quedando así protegido el metal del cátodo. Conexión ánodo - tubería Ánodo Tubería Backfill Tubería Ánodos Ánodos Protección catódica por ánodos reactivos o de sacrificio Los ánodos más empleados para estructuras enterradas suelen ser a base de cinc (Zn), y de magnesio (Mg) y aluminio (Al). Para presentar una menor resistencia a tierra y una mayor dispersión de corriente, los ánodos van empaquetados en un relleno de material conductor y conservante de la humedad (polvo de carbón, bentonita, etc) denominado backfill. Los ánodos de magnesio ya se facilitan comercialmente con este “backfill”. Este método tiene la ventaja de ser relativamente económico y de instalación sencilla, pero en cambio tiene las desventajas de no proporcionar potenciales elevados, ya que el magnesio Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 75 de 81 puede dar como máximo -1,55 V respecto al electrodo Cu/CuSO4, y de que las cantidades de corriente generadas son reducidas, de forma que si ha de protegerse una red de considerable extensión han de instalarse bastantes ánodos. Una de sus principales aplicaciones es la protección de tramos cortos, derivaciones y acometidas, aislados de la red protegida cuando no hay posibilidad de efectuar un shuntaje con ésta. Un caso particular de este tipo de protección activa es el galvanizado de las tuberías de acero. Dicha protección consiste en recubrir toda la superficie de acero con una fina película de cinc. Esta película protege a la tubería de acero de dos formas: ß aislándola del ambiente exterior: se podría decir que en este caso actúa como una protección pasiva ß actuando de ánodo, por ser más activo que el acero, corroyéndose, pudiéndose considerar como ánodo de sacrificio En el caso de que se produzca una pequeña rotura en la película de cinc que deje el acero al descubierto, entre ambos metales se forma una pila en la que el cinc, al actuar de ánodo, sigue protegiendo al acero. Según se va disolviendo el cinc. el punto defectuoso se va extendiendo y agrandando hasta que adquiere un cierto tamaño y se inicia la corrosión directa del acero. De todos modos con el galvanizado se alarga la vida útil de las tuberías de acero. El empleo de las tuberías de acero galvanizado está limitado a los tramos aéreos de las instalaciones. 2.21.1.2. Protección por corriente impuesta Cuando es insuficiente el potencial generado por ánodos reactivos y es importante la extensión de la red que ha de protegerse, ha de recurrirse al empleo de la denominada corriente impuesta. Esta corriente, que es continua, se obtiene a partir de la red de baja tensión en corriente alterna (380, 220 ó 125 Voltios) transformada a una tensión más baja y rectificada. Todo este proceso se realiza en unos aparatos llamados transforrectificadores (también llamados estaciones de protección catódica o EPC), cuyo polo positivo va unido a un lecho dispersor (ánodo), y su polo negativo conectado a la estructura que se va a proteger (cátodo), hallándose todo ello (ánodo y cátodo) inmerso en un electrolito (tierra, agua de mar, etc). En el caso que más nos interesa (tuberías enterradas), el polo positivo va unido a un lecho dispersor de corriente formado por varios ánodos, y el polo negativo a la tubería que se va a proteger. Red baja tensión Corriente alterna Corriente continua EPC Electrodo de referencia Tubería a protejer Ánodos de sacrificio Protección catódica por corriente impuesta Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 76 de 81 El funcionamiento del sistema es el siguiente: la corriente que sale por el polo positivo del transforrectificador pasa al suelo (electrolito) a través del lecho dispersor formado por uno o varios ánodos, y de ahí a la tubería (cátodo), a través de la cual retorna hacia el polo negativo de dicho transforrectificador, cerrándose el circuito eléctrico. De esta forma se crea una diferencia de potencial entre la conducción y los ánodos, la cual normalmente varía entre 5 y 50 voltios, dando lugar al paso de una corriente determinada que a su vez hará que la conducción alcance el nivel de potencial de protección preestablecido respecto a su electrolito, es decir; el terreno. En este tipo de protección el material anódico puede ser cualquier metal, ya que se le fuerza a que se comporte como ánodo. En la práctica, por razones económicas y de rendimiento, los materiales principalmente empleados son chatarra de hierro o raíles, grafito y ferrosilicio. Tiene considerable importancia el tipo de terreno donde se hayan de enterrar los ánodos para la elección de su tipo. 2.21.1.3. Procedimientos para eliminar los efectos de las corrientes vagabundas Si los métodos expuestos para suministrar corriente a la conducción se aplican adecuadamente, se conseguirá evitar la corrosión natural de la misma. No obstante, si existen corrientes vagabundas, los métodos anteriormente expuestos no pueden compensar, sin peligro de sobreinyecciones de corriente, las salidas de corriente de la conducción, debiéndose entonces recurrir a uno de los siguientes métodos: – Drenajes unidireccionales (directos o francos) – Drenajes indirectos o dirigidos 2.21.1.3.1. Drenajes unidireccionales La mejor solución para evitar los efectos perjudiciales de las corrientes vagabundas es retornarlas al ferrocarril a través de una conexión eléctrica directa tubo-carril, evitando de esta forma la salida de corriente a través del terreno, con la consiguientes pérdida de iones del material de la conducción. Sentido de la corriente Subestación Conexión diodo Protección contra las corrientes vagabundas por drenaje unidireccional Para evitar el que posibles potenciales positivos existentes en el carril puedan provocar circulación de corriente en sentido contrario, se intercala en serie con la conexión eléctrica un diodo, de forma que la corriente tan sólo pueda circular en un sentido: tubo → carril. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 77 de 81 2.21.1.3.2. Drenajes indirectos o dirigidos Lamentablemente muchas veces no es posible esta conexión eléctrica directa entre conducción y carril, tanto por problemas administrativos o legales como técnicos. Entonces se recurre a otras soluciones tales como la ya antes mencionada de seccionar la conducción mediante juntas aislantes o a instalar algún drenaje anódico, o apantallamiento entre la conducción y el carril en la zona de entrada de las corrientes. 2.21.1.4. Control del potencial de protección El instrumento empleado para medir los potenciales entre la canalización del gas y el electrolito es un voltímetro para corriente continua cuyos polos se conectan al electrodo de referencia y a la canalización. Voltímetros El electrodo de referencia se pondrá en contacto con el electrolito (tierra) a través del puente salino (tapón poroso) del electrodo de referencia. Los voltímetros aptos para realizar estas medidas deben disponer de una elevada resistencia interna (50 kΩ como mínimo), para reducir los errores de lectura que podrían enmascarar los potenciales que deseamos conocer. No obstante, si tuviéramos que medir potenciales con un aparato más corriente, el potencial real será igual al leído multiplicado por un factor de corrección (F) que será: Ra + Rc F = –––––––– V real = V leído × F Ra siendo F el factor de corrección, Ra la resistencia del aparato y Re la resistencia del circuito externo (tubería + cables + electrodo). Electrodo de referencia Cable de cobre 1x6 mm2 Tubería revestida Medida del potencial de protección Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 78 de 81 La toma de potencial puede realizarse en cualquier punto accesible en el que exista una conexión conductora hasta la tubería enterrada o en las cajas instaladas para tal efecto. Para obtener una mejor conexión y disminuir resistencia es práctica habitual humedecer el lugar en donde va a emplazarse el electrodo de referencia, ya que en general la resistencia del electrodo respecto al suelo es la más elevada del circuito externo. Milivoltímetro Electrodo de referencia Tubería Posicionamiento del electrodo de referencia respecto a la tubería Para una correcta lectura del potencial, el electrodo de referencia se situará en la vertical de la tubería. Se asegura la protección catódica de la tubería enterrada cuando el potencial medido entre esta y el suelo alcanza un valor igual o inferior a -0,85 V medidos respecto al electrodo de referencia de cobre sulfato de cobre. 2.21.1.4.1. Electrodo de referencia cobre/sulfato de cobre (Cu/Cu SO4) Este electrodo es en realidad media pila formada por una barra de cobre sumergida en una solución saturada de sulfato de cobre. Todo ello se encuentra en un recipiente cilíndrico cerrado por un lado por un tapón poroso, que es el que se pone en contacto con el suelo, saliendo por el otro lado el cable de conexión al voltímetro. Cable de conexión Barra de cobre Tubo P.V.C. Solución saturada de SO4 Cu Cristales de SO4 Cu Tapón poroso Electrodo de referencia Cu/Cu SO4 Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 79 de 81 Existen otros electrodos de referencia, pero el más empleado es de Cu/Cu SO4. Cuando se mide el potencial de la conducción respecto al electrodo de referencia, se forma una pila electroquímica completa, uno de cuyos electrodos es el de referencia y el otro la tubería, actuando el suelo de electrolito y cerrándose el circuito exterior a través de los cables y el voltímetro. 2.22. ELECTRICIDAD ESTÁTICA Y SU ELIMINACIÓN (sólo categoría A) La electricidad estática consiste en la formación de cargas eléctricas positivas y negativas sobre un objeto, que no se desplazan. Se forman mediante procesos mecánicos tales como la fricción, el contacto o la colisión entre objetos. En la electrización por fricción el efecto del contacto entre dos objetos se acentúa por efecto de la presión aplicada, de la velocidad de deslizamiento y del calor generado. Los efectos de la acumulación de electricidad estática varían. Es bastante común percibir descargas de electricidad estática al tocar ciertas partes de la carrocería de un automóvil, lo cual produce incomodidad pero no peligro. Pero no hay que olvidar que en determinados ambientes una descarga de electricidad estática puede producir una explosión, y consecuentemente lesiones muy graves e incluso muertes. Un ejemplo típico es la descarga entre el extremo de una manguera de un camión cisterna y la boca de llenado de un depósito, si no están puestos a tierra previamente. Otro ejemplo: el transporte por tubería es un proceso generador de cargas electrostáticas. Para evitar la formación de cargas electrostáticas, hay que evitar que entren en contacto mutuo materiales que tengan afinidades electrónicas muy diferentes. Otra medida consiste en reducir la velocidad de circulación por el interior de las tuberías, especialmente si el fluido que transportan puede contener partículas en suspensión (por ejemplo, óxido de hierro en tuberías metálicas no revestidas interiormente). 2.23. TOMAS DE TIERRA Y MEDICIÓN (sólo categoría A) 2.23.1. Tomas de tierra Como no se puede eliminar totalmente la aparición de cargas electrostáticas, hay que eliminar las diferencias de potencial entre objetos, conectándolos entre sí o poniéndolos a masa mediante una toma de tierra (picas), cuya resistencia no debe superar los 20 ohmios. Para mejorar el contacto con el suelo la pica se rodea de carbón o bien se mantiene húmedo su entorno. 2.23.2. Medición Para medir la resistencia se procede como se indica a continuación. Para medir la resistencia se cogen dos picas P, y P2, se clavan a una distancia respecto de la toma de tierra de a y 2a, respectivamente según puede apreciarse en la figura. Para realizar la medición se hace pasar una corriente alterna, de una frecuencia especial, de modo que las corrientes vagabundas que eventualmente puedan circular por el terreno, no produzcan interferencias. La corriente alterna que pasa del punto A al punto C crea un potencial AV, entre los puntos A y C, pero también crea un potencial AVX entre los puntos A y B. El aparato dispone de un sistema interno de funcionamiento, que se acciona hasta que por el galvanómetro no haya paso de corriente, en ese momento la lectura del medidor nos da la resistencia a tierra en ohmios. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 80 de 81 El valor se considera bueno, cuando al variar la distancia a, la resistencia leída no experimenta prácticamente variación. ΔVt ΔVx A Toma de tierra B C P1 P2 a a Medida de la resistencia eléctrica. 2.23.3. Cálculo de la resistencia de la toma de tierra Para poder calcular la resistencia, es necesario conocer el valor de la resistencia especifica del terreno (resistividad). Se emplea la siguiente fórmula experimental ρ 3h R = 0,366 × –– × log –––– h d donde: ρ = resistividad del terreno en ohmios por metro, h = longitud de la pica en metros, d = diámetro de la pica en metros. R = resistencia de la toma de tierra 2.23.4 Medida de la resistividad La resistividad, se mide generalmente por el sistema de Wenner o de las cuatro picas. Consiste en clavar cuatro picas equidistantes y en línea, enviando una corriente alterna entre los extremos 1 y 4, y variar la resistencia variable del aparato, de tal forma que el puente de Wheatstone, que se establezca en el aparato entre su resistencia interna, la resistencia variable que se emplea para la medida y la del terreno entre las dos picas centrales, anula la corriente del galvanómetro. ΔVx 1 2 3 4 R a a h a Medida de la resistividad de un terreno. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 2. Física Revisión 0 Octubre 2008 Página 81 de 81 El valor de la resistencia se mide a una profundidad (h) y para calcular la resistividad, se emplea la fórmula ρ=2×π×a×R donde: ρ = resistividad del terreno en ohmios por metro. a = distancia en metros. R = resistencia medida en el aparato en ohmios. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 3. Química Revisión 0 Octubre 2008 Página 1 de 12 Parte 3 Química Preparado: E. Alberto Hernández Martín Responsable Calidad Revisado: Ana María García Gascó Director de certificación Aprobado: Ana María García Gascó Secretaria Consejo de Administración Firma y fecha: 2008.10.16 Firma y fecha: 2008.10.20 Firma y fecha: 2008.10.24 Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 3. Química Revisión 0 Octubre 2008 Página 2 de 12 Índice 3.1. Introducción .............................................................................................................................. 3 3.2. Elementos y compuestos químicos presentes en los gases combustibles ..................................... 3 3.2.1. 3.2.2. 3.2.3. 3.2.4. 3.2.5. Nitrógeno ....................................................................................................................... Hidrógeno ...................................................................................................................... Oxígeno.......................................................................................................................... Compuestos de carbono (CO y CO2) ............................................................................... Hidrocarburos: metano, etano, propano, butano ............................................................ 3 3 3 3 3 3.3. El aire como mezcla ................................................................................................................. 4 3.4. Gases combustibles comerciales. Clasificación y características................................................... 3.4.1. Gases combustibles comerciales: clasificación ................................................................. 3.4.2. Gases de la primera familia ............................................................................................. 3.4.3. Gases de la segunda familia ............................................................................................ 3.4.3.1. Gas natural ....................................................................................................... 3.4.3.2. Aire propanado de alto poder calorífico ........................................................... 3.4.4. Gases de la tercera familia .............................................................................................. 3.4.4.1. Butano comercial .............................................................................................. 3.4.4.2. Propano comercial ............................................................................................ 3.4.4.3. GLP automoción ............................................................................................... 5 5 5 5 5 6 6 7 7 8 3.5. Combustión: Combustible ......................................................................................................... 3.5.1. La combustión ................................................................................................................ 3.5.2. Combustible y comburente ............................................................................................. 3.5.3. Reacciones de combustión. Combustión completa e incompleta ..................................... 3.5.4. Aire primario y aire secundario ........................................................................................ 3.5.5. Llama blanca y azul......................................................................................................... 3.5.6. Límites de inflamabilidad ................................................................................................ 3.5.7. Temperatura de ignición ................................................................................................. 3.5.8. Temperatura de inflamación............................................................................................ 3.5.9. Poder calorífico superior ................................................................................................. 8 8 8 8 9 10 10 11 11 12 3.6. Gases inertes. Inertización (sólo categorías B y A) ................................................................... 12 3.6.1. Gases inertes ................................................................................................................. 12 3.6.2. Inertización ..................................................................................................................... 12 Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 3. Química Revisión 0 Octubre 2008 Página 3 de 12 3.1. INTRODUCCIÓN El presente capítulo recoge los conocimientos básicos en Química necesarios para instaladores autorizados de gas de las categorías A, B y C. 3.2 . ELEMENTOS Y COMPUESTOS QUÍMICOS PRESENTES EN LOS GASES COMBUSTIBLES 3.2.1. Nitrógeno El nitrógeno es un componente inerte que está presente en el gas natural (aunque en proporciones muy reducidas, del orden del 1%). También estaba presente en el gas de hulla (4%), gas de agua (6%, incluyendo óxidos de nitrógeno) y gas manufacturado por cracking de naftas o de gas natural (6%). También estaba presente en las mezclas aire-gas (aire propanado y aire butanado) utilizadas como sustitutivos de los gases de la primera y segunda familias. 3.2.2. Hidrógeno El hidrógeno era un componente de los gases manufacturados, en proporciones variables normalmente entre el 50% y el 33%, según el tipo de gas. También se encontraba presente en las mezclas aire-gas. Su poder calorífico es de 12,78 MJ/m3(n) y su densidad relativa es 0,07. 3.2.3. Oxígeno El oxígeno era un componente minoritario del gas manufacturado obtenido por cracking de naftas ligeras, en proporciones del orden del 3%. También está presente en las mezclas airegas (aire propanado y aire butanado) utilizadas como sustitutivos de los gases de la primera y segunda familias. 3.2.4. Compuestos de carbono (CO y CO2) Compuestos de carbono tales como el monóxido de carbono (CO) y el dióxido de carbono (CO2) entraban en la composición de gases manufacturados tales como el gas de hulla (10% de CO y 2% de CO2), gas de agua (33% de CO y 5% de CO2), y gas de cracking (15% de CO y 4% de CO2). El poder calorífico del monóxido de carbono es de 12,71 MJ/m3(n) y su densidad relativa es 0,97. 3.2.5. Hidrocarburos: metano, etano, propano, butano Los principales componentes de los gases combustibles son los hidrocarburos. Son compuestos de carbono e hidrógeno que durante la combustión se convierten en dióxido de carbono (CO2) y vapor de agua (H2O). Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 3. Química Revisión 0 Octubre 2008 Página 4 de 12 He aquí algunas de sus propiedades: Nombre Poder calorífico (MJ/m3(n) Densidad relativa Metano 39,83 0,55 Etano 51,92 1,05 Propano 50,24 1,56 Butano 49,66 2,09 Los hidrocarburos que aparecen más frecuentemente son los siguientes: Nombre Fórmula Tipo de gas* Gas natural (> 88%) Metano CH4 Gas de hulla (30%) Gas ciudad (22%) Gas de agua (11%) Gas natural (9%) Etano** C2H6 Propano comercial (2,5% máx.) Butano comercial (2% máx.) GLP Automoción (2,5% máx.) Propano comercial (80% mín.) Propano*** C3H8 Butano comercial (20% máx.) GLP Automoción (20% mín.) Normal butano**** n C4H10 Iso butano*** i C4H10 Butano comercial (80% mín.) Propano comercial (20% máx.) GLP Automoción (80% máx.) Gas natural Butano comercial Otros hidrocarburos más pesados CnHm Propano comercial GLP Automoción Aire propanado Aire metanado * Composición aproximada en volumen. ** Presente también en aire propanado, aire metanado, gas de hulla, gas de agua y gas de cracking. *** Presente también en gas natural, aire propanado y aire metanado. 3.3. EL AIRE COMO MEZCLA El aire es una mezcla homogénea cuyos principales componentes son el oxígeno y el nitrógeno, existiendo en pequeñas proporciones otros gases como helio, neón, argón, criptón, xenón, etc. A efectos prácticos, se considera una composición en volumen del aire del 79% de nitrógeno y 21% de oxígeno. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 3. Química Revisión 0 Octubre 2008 Página 5 de 12 3.4. GASES COMBUSTIBLES COMERCIALES. CLASIFICACIÓN Y CARACTERÍSTICAS 3.4.1. Gases combustibles comerciales: Clasificación Los gases combustibles se clasifican en familias. Todos los gases de una misma familia tienen características comunes, de manera que pueden intercambiarse generalmente sin necesidad de modificar ni la instalación, ni los aparatos de consumo. Si se tiene que cambiar el gas por otro que no sea de la misma familia, es necesario realizar unas operaciones de adaptación de los aparatos de consumo, substituyendo alguno de sus componentes (Ver Capítulo 11) Según la norma UNE 60002, los gases se agrupan en tres familias, en función del valor del índice de Wobbe superior, que es el cociente del Poder Calorífico Superior dividido por la raíz cuadrada de la densidad relativa del gas.1 Primera familia: se encuentra constituida por gases manufacturados, obtenidos mediante proceso de fabricación a partir de distintos componentes. También se incluyen en esta familia el aire propanado con bajo índice de Wobbe, y el aire metanado, utilizados para suplementar o sustituir el gas manufacturado. Segunda familia: está formada por los gases naturales y aire propanado con alto índice de Wobbe. Tercera familia: Esta familia incluye los gases licuados del petróleo (propano y butano). 3.4.2. Gases de la primera familia La primera familia comprende varios tipos de gas que han dejado de producirse y distribuirse en España: gas de hulla, gas de agua y el denominado gas ciudad, manufacturado a partir de naftas o de gas natural. Lo mismo ocurre con las mezclas aire-gas, principalmente el aire propanado (con un 21% en volumen de propano) y el aire metanado (con una proporción aproximada de gas natural del 42% en volumen). 3.4.3. Gases de la segunda familia 3.4.3.1. Gas natural El gas natural se extrae directamente de yacimientos subterráneos donde puede encontrarse solo o mezclado con petróleo (“gas asociado”). El transporte desde el yacimiento a la zona de consumo se realiza en estado gaseoso mediante gasoducto o en buque metanero, en estado líquido. La composición del gas es variable según los yacimientos, aunque el principal componente es el metano; y por ello varían también sus características. La composición de un gas natural tipo que se distribuye en España es la siguiente: % Volumen Metano (CH4) 91,2 Etano (C2H6) 7,4 Otros hidrocarburos (CnHm) 0,9 Nitrógeno (N2) 0,5 100,0 1. Para más detalles ver las definiciones del Capítulo 0, “Terminología”. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 3. Química Revisión 0 Octubre 2008 Página 6 de 12 Y sus características: Densidad relativa 0,62 P.C.S 43,96 MJ/m3(n) [12,21 kWh/m3·(n)] Índice de Wobbe 55,74 MJ/m3(n) [15,50 kWh/m3(n)] Humedad Seco 3.4.3.2. Aire propanado de alto poder calorífico La composición tipo y las características del aire propanado intercambiable con el gas natural son las siguientes: % Volumen Propano 60 Aire 40 100 Densidad relativa 1,38 P.C.S 60,7 MJ/m3(n) [16,86 kWh/m3 (n)] Índice de Wobbe 52,19 MJ/m3 (n) [14,51 kWh/m3(n)] Humedad Seco 3.4.4. Gases de la tercera familia Los gases licuados del petróleo (GLP) son mezclas comerciales de hidrocarburos en los que el butano o el propano son dominantes. En su estado natural son gaseosos pero en recipientes a presión (del orden de 2 a 7 bar) y a temperatura ambiente una gran parte de los mismos están en fase líquida, ocupando un volumen unas 250 veces inferior al que ocuparían en estado vapor. Los GLP se obtienen principalmente en las refinerías de petróleo durante el proceso de destilación del crudo. También se pueden obtener de los procesos de licuación o regasificación del gas natural cuando los GLP se encuentran asociados al gas natural en sus yacimientos. Los GLP se transportan en estado líquido, en recipientes a presión, desde los centros de producción hasta los centros de almacenamiento, desde donde se distribuyen envasados o a granel. La distribución se realiza mediante: ß Envases (botellas): Son recipientes cilíndricos de acero con cargas útiles de: – 12,5 kg de butano comercial. Se utiliza en el mercado doméstico fundamentalmente. – 11 kg de propano comercial. Se utiliza en el mercado doméstico y en el mercado comercial de pequeño consumo. – 35 kg de propano comercial. Se utiliza principalmente en el mercado doméstico para grandes consumos (calefacción + agua caliente + cocina) y para usos comerciales e industriales. ß Vehículos cisterna y depósitos fijos: Estos últimos tienen distintos volúmenes en función de las necesidades y se recargan periódicamente mediante camiones cisterna con propano comercial. Se usan en el mercado doméstico (viviendas individuales y comunidades), mercado comercial e industrial y para automoción. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 3. Química Revisión 0 Octubre 2008 Página 7 de 12 ß Vehículos cisterna, depósitos fijos, y redes de distribución: A partir de un tanque fijo o un conjunto de ellos, donde se almacena en estado líquido, se realiza la distribución a cada usuario doméstico, comercial o industrial, mediante una red de canalizaciones de distribución a presión de hasta 2 bar, de características similares a las de gas natural. La composición y características están regulados por disposiciones oficiales para butano y propano comerciales y GLP de automoción. Las características más importantes se indican a continuación. 3.4.4.1. Butano comercial Límite Característica Unidades Máximo Densidad líquido a 15º C Mínimo 560 kg/m3 Densidad relativa gas Presión de vapor man. a 50º C 2,04 bar 7,5 Poder calorífico inferior kWh/kg 10,7 Poder calorífico superior kWh/kg 11,8 Hidrocarburos C2 (etano) % vol 2 Hidrocarburos C3 (propano) % vol 20 Hidrocarburos C4 (butano) % vol Hidrocarburos C5 (pentano) % vol 1,5 Olefinas totales % vol 20 80 3.4.4.2. Propano comercial Límite Característica Densidad líquido a 15º C Unidades kg/m3 Máximo Mínimo 535 502 Densidad relativa gas Presión de vapor man. a 37,8º C 1,6 bar 16 10 Poder calorífico inferior kWh/kg 10,7 Poder calorífico superior kWh/kg 11,8 Hidrocarburos C2 (etano) % vol Hidrocarburos C3 (propano) % vol Hidrocarburos C4 (butano) % vol 20 Hidrocarburos C5 (pentano) % vol 1,5 Olefinas totales % vol 35 2,5 80 Todos los valores expuestos son aproximados, para conocer los datos exactos de un gas debe consultarse a las empresas suministradoras. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 3. Química Revisión 0 Octubre 2008 Página 8 de 12 3.4.4.3. GLP Automoción Límite Característica Unidades Máximo Presión de vapor man. a 40º C bar Mínimo 15,8 Ensayo R number 10 Ensayo Oil number 33 Índice octano motor (MON) 89 Hidrocarburos C2 (etano) % vol 2,5 Hidrocarburos C3 (propano) % vol Hidrocarburos C4 (butano) % vol 80 Hidrocarburos C5 (pentano) % vol 1,5 Olefinas totales % vol 6 20 3.5. COMBUSTIÓN. COMBUSTIBLE Y COMBURENTE 3.5.1. La combustión La combustión es una reacción química que combina el oxígeno con un los elementos contenidos en el combustible. El resultado de la reacción es generalmente la formación de llamas con desprendimiento de calor. Los productos de la combustión son básicamente gases. En el caso particular de la combustión completa de un combustible gaseoso los productos de la combustión están formados por dióxido de carbono (CO2) y vapor de agua (H2O). 3.5.2. Combustible y comburente Para que tenga lugar el fenómeno de la combustión es indispensable que exista un combustible y un comburente, normalmente el aire, que aporte el oxígeno necesario, y que se alcance la temperatura de inflamación. Un material es combustible cuando es susceptible de quemarse bajo unas condiciones determinadas, es decir, tiene tendencia a combinarse con el oxígeno. El otro elemento que necesitamos para la combustión es el oxígeno o un gas, como el aire, que contenga oxígeno mezclado, a este elemento le llamamos comburente. El comburente es todo agente que hace posible que el gas arda en su presencia. 3.5.3. Reacciones de combustión. Combustión completa e incompleta Una combustión es completa cuando todas las moléculas de combustible disponen del suficiente oxigeno de forma que los productos de la combustión estén formados exclusivamente por dióxido de carbono y vapor de agua. Cuando no se dispone de suficiente oxigeno para quemar todo el combustible los productos de la combustión contendrán monóxido de carbono (CO) y partículas de carbono sin quemar, siendo los productos de la combustión visibles (humos). Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 3. Química Revisión 0 Octubre 2008 Página 9 de 12 Combustión completa del carbono Antes Después una molécula de carbono una molécula de oxígeno una molécula de dioxido de carbono Combustión incompleta del carbono Antes Después dos moléculas de carbono una molécula de oxígeno dos moléculas de monóxido de carbono 3.5.4. Aire primario y aire secundario En la siguiente figura podemos ver un mechero bunsen, que es un quemador que tiene en su cuello un dispositivo regulable, que permite la entrada de aire el cual se mezcla con el gas antes de su combustión. Aire secundario Aire secundario Mezcla de aire y gas Entrada de gas Aire primario entrada regulable Mechero Bunsen Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 3. Química Revisión 0 Octubre 2008 Página 10 de 12 El aire que se mezcla con el gas antes de su combustión se llama aire primario y el que toma la llama del ambiente que la rodea, aire secundario. 3.5.5. Llama blanca y azul Si cerramos totalmente la entrada de aire primario, veremos que la llama adquiere un color rojoblanco. Esto es debido a que la combustión es incompleta ya que el aire que toma del ambiente que la rodea no es suficiente para el volumen del gas que sale por el quemador. Esta llama se denomina llama blanca debido a su color. A medida que aumentamos la entrada de aire primario la llama se vuelve de color azul, lo cual nos indica que la combustión se vuelve más completa. Esta llama se denomina llama azul debido a su color. La llama azul tiene indudables ventajas frente a la llama blanca, pues en los quemadores de llama azul pueden consumirse, de forma óptima, grandes caudales de gas, y la temperatura que se alcanza es superior a la lograda en un quemador de llama blanca. Ventajas Inconvenientes Llama blanca Gran longitud, a veces necesaria Menor temperatura. Produce hollín al contacto con paredes frías. Llama azul Mayor temperatura. No produce hollín. Se puede concentrar la fuente de calor. La entrada de aire secundario debe ser bastante precisa, para que no se produzca el desprendimiento o retroceso de la llama. 3.5.6. Límites de inflamabilidad Para que un gas arda son necesarias dos condiciones: a) el gas debe encontrarse homogéneamente mezclado con el aire. b) que la proporción de la cantidad de gas respecto a la del aire debe encontrarse entre unos límites máximo y mínimo. A estos límites se los denomina: límite inferior de inflamabilidad y límite superior de inflamabilidad. El siguiente cuadro nos da los límites inferiores y superiores de inflamabilidad de diferentes gases puros, en % de volumen de gas presente en la mezcla. Límite Límite inferior inferior Metano 5,3 14 Etano 3,2 12,5 Propano 2,37 9,5 Normal butano 1,6 8,5 Iso butano 1,9 8,5 Monóxido de carbono 12,9 74 Hidrógeno 4,1 72,2 Etileno 2,75 28,6 Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 3. Química Revisión 0 Octubre 2008 Página 11 de 12 Si la proporción de gas es inferior al límite inferior o superior al límite superior de inflamabilidad, el gas no arderá. Los gases comerciales son una mezcla de gases puros, y los límites de inflamabilidad podemos conocerlos sabiendo cuál es su composición mediante la fórmula de Le Chatelier-Coward. L= 100 P1 P2 P + + − − −+ n L1 L2 Ln donde P1, P2-….. , Pn son los porcentajes en volumen de cada uno de los gases puros que forman la mezcla, y L1, L2,….. L, sus límites de inflamabilidad. 3.5.7. Temperatura de ignición Se llama temperatura de ignición a la temperatura mínima en que una mezcla de aire y gas combustible dentro de los límites de inflamabilidadempieza a arder espontáneamente a una presión determinada, sin necesidad de chispa o llama que la encienda. También recibe el nombre de temperatura de auto-ignición. También puede aplicarse a la temperatura de una superficie caliente que, en contacto con una mezcla de aire y gas combustible, produce su ignición. Generalmente se determina mediante ensayos normalizados. A continuación se muestran las temperaturas de ignición de algunos gases. Temperatura de ignición (ºC) Metano 537 Etano 510 Propano 468 Normal butano 430 Iso butano 543 Monóxido de carbono 620 Hidrógeno 560 Etileno 450 3.5.8. Temperatura de inflamación Para que se produzca la combustión es necesaria una temperatura adecuada para el inicio de la reacción, esta temperatura es una característica de cada gas y se le llama temperatura de inflamación.2 Por debajo de ella el gas no arderá aunque exista un foco de ignición externo. Una vez iniciada la combustión el calor desprendido por la misma mantendrá la temperatura por encima de su temperatura de ignición y la reacción continuará hasta que se agote el combustible o el comburente. 2. También se llama “punto de inflamación” o “punto de destello”. En inglés, “Flash Point”. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 3. Química Revisión 0 Octubre 2008 Página 12 de 12 Aunque la temperatura de inflamación es una propiedad que es más útil cuando se trata de combustibles sólidos o líquidos, damos a continuación las temperaturas de inflamación de varios gases puros: Temperatura de inflamación (ºC) Metano -221 Etano -130 Propano -104 Normal butano -60 Iso butano -82 3.5.9. Poder calorífico superior El Poder Calorífico Superior (P.C.S.) es la cantidad de calor producida por la combustión completa de una unidad de masa o volumen de gas a una presión constante e igual a 1013,25 mbar, tomando los componentes de la mezcla combustible en las condiciones de referencia y llevando los productos de la combustión a las mismas condiciones, suponiendo que se condensa el vapor de agua producido por la combustión. 3.6. GASES INERTES. INERTIZACIÓN (sólo categorías B y A) 3.6.1. Gases inertes Se denominan gases inertes aquéllos que son químicamente inactivos, es decir que en condiciones habituales no se combinan con el oxígeno y por tanto no son susceptibles de producir ningún tipo de combustión. Los gases inertes habitualmente empleados en la industria son el nitrógeno (N2) y el dióxido de carbono (CO2). 3.6.2. Inertización La inertización es el proceso de llenar una tubería o un depósito con gas inerte y se realiza para desplazar de su interior el aire o el gas combustible que pueda contener, con el fin de evitar una posible mezcla explosiva incontrolada de aire-gas. A continuación se indican los casos y los pasos a seguir para la puesta en servicio o reparación de una conducción o depósito: a) Puesta en servicio de una conducción o depósito. 1º inertizar la conducción o depósito al objeto de eliminar el aire que contenga. 2º llenar de gas combustible de distribución la conducción o el depósito b) Reparación de una conducción o depósito 1º despresurizar la conducción o depósito 2º vaciar el gas combustible, arrastrándolo con un gas inerte 3º efectuar la reparación que proceda 4° inertizar para arrastrar el aire de su interior 5º volver a llenar la conducción o depósito con el gas combustible de distribución. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 1 de 69 Parte 4 Materiales, uniones y accesorios Preparado: E. Alberto Hernández Martín Responsable Calidad Revisado: Ana María García Gascó Director de certificación Aprobado: Ana María García Gascó Secretaria Consejo de Administración Firma y fecha: 2008.10.16 Firma y fecha: 2008.10.20 Firma y fecha: 2008.10.24 Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 2 de 69 Índice 4.1. Introducción ............................................................................................................................. 5 4.2. Material de las tuberías ............................................................................................................ 4.2.1. Consideraciones generales ............................................................................................ 4.2.2. Tubo de cobre ............................................................................................................... 4.2.3. Tubo de acero ............................................................................................................... 4.2.3.1. Tubo de acero para tramos no enterrados........................................................ 4.2.3.1.1. Tubos para MOP hasta 5bar ........................................................... 4.2.3.1.2. Tubos para MOP superior a 5 bar (sólo categorías A) ................... 4.2.3.2. Tubo de acero para tramos enterrados (sólo categorías A) ............................ 4.2.3.2.1. Espesores mínimos de los tubos de acero........................................ 4.2.3.2.2. Espesores por debajo de los cuales no es necesario realizar cálculos de las tensiones derivadas de la presión interna ................. 4.2.4. Tubo de acero inoxidable (sólo categorías B y A) ........................................................ 4.2.5. Tubo de polietileno (sólo categorías A) ....................................................................... 4.2.5.1. Generalidades ................................................................................................. 4.2.5.2. Clasificación del polímero ................................................................................ 4.2.5.3. Propiedades químicas y mecánicas ................................................................... 4.2.5.4. Clasificación de los tubos ................................................................................ 4.2.5.5. Marcado ......................................................................................................... 4.2.5.6. Dimensionamiento de los tubos de polietileno ................................................. 4.2.5.6.1. Determinación del SDR ................................................................... 4.2.5.6.2. Determinación de la MOP............................................................... 4.2.5.7. Formas de suministro de los tubos de polietileno ............................................. 4.2.5.8. Transporte y almacenamiento de los tubos de polietileno................................. 4.2.5.8.1. Transporte de tubos de polietileno .................................................. 4.2.5.8.2. Almacenamiento de los tubos de polietileno................................... 4.2.6. Tubo de plomo .............................................................................................................. 4.2.7. Accesorios de tuberías ................................................................................................... 4.2.7.1. Accesorios y elementos auxiliares de acero ..................................................... 4.2.7.1.1. Tipos de accesorios (sólo categorías B y A) .................................. 4.2.7.1.2. Condiciones de suministro de accesorios de acero (sólo categorías B y A) ................................................................ 4.2.7.1.3. Accesorios para operaciones de derivación en carga (sólo categoría A) ........................................................................ 4.2.7.1.4. Accesorios para derivaciones en carga sin soldadura ....................... 4.2.7.2. Accesorios y elementos auxiliares de polietileno (sólo categoría A) ................ 4.2.7.2.1. Accesorios de electrofusión para soldaduras de línea ...................... 4.2.7.2.2. Accesorios de electrofusión de derivación ....................................... 4.2.7.2.3. Accesorios con extremo macho ...................................................... 4.2.7.2.4. Final de conducción y obturación de extremos ................................ 4.2.7.2.5. Portabridas de polietileno, brida loca y brida ciega.......................... 4.2.7.2.6. Tapón de polietileno ....................................................................... 5 5 5 7 7 7 8 8 9 9 10 10 10 11 11 11 12 12 13 14 14 14 15 16 17 18 18 18 18 23 24 25 25 26 26 27 27 27 Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 3 de 69 4.2.8. Otros materiales ............................................................................................................ 4.2.9. Tallos de polietileno (sólo categorías B y A) ................................................................ 4.2.10. Elementos de sujeción de tuberías ................................................................................ 4.2.11. Material de las vainas, conductos y pasamuros ............................................................. 4.2.12. Corte de tubos metálicos ............................................................................................. 4.2.12.1. Corte de tubos de acero, de acero inoxidable o de cobre ................................ 4.2.12.1.1.Sierra de metales ............................................................................ 4.2.12.1.2.Cortatubos ..................................................................................... 4.2.12.1.3.Disco .............................................................................................. 4.2.12.2. Corte de tubos de plomo................................................................................ 4.2.13. Curvado de tubos metálicos ......................................................................................... 4.2.13.1. Curvado de tubos de cobre............................................................................. 4.2.13.2. Curvado de tubos de acero ............................................................................. 4.2.13.3. Curvado de tubos de plomo ........................................................................... 4.2.14. Corte y curvado de tubos de polietileno (sólo categoría A)......................................... 4.2.14.1. Corte de tubo de polietileno ........................................................................... 4.2.14.2. Curvado de tubo de polietileno ...................................................................... 28 28 29 30 32 32 32 33 33 33 34 34 35 35 36 36 36 4.3. Uniones mecánicas ................................................................................................................... 4.3.1. Consideraciones generales ............................................................................................ 4.3.2. Uniones desmontables .................................................................................................. 4.3.2.1. Enlaces mediante junta plana .......................................................................... 4.3.2.2. Uniones metal-metal ....................................................................................... 4.3.2.2.1. Esfera cono .................................................................................... 4.3.2.2.2. Unión por anillos cortantes ............................................................. 4.3.2.3. Bridas (sólo categoría B y A) ......................................................................... 4.3.2.4. Enlaces de transición desmontables PE-metal (sólo categoría A) .................... 4.3.2.4.1. Enlaces de transición desmontables de Tipo 1 ................................ 4.3.2.4.2. Enlaces de transición desmontables de Tipo 2 ................................ 4.3.2.4.3. Enlaces de transición desmontables de Tipo 3a ............................... 4.3.2.4.4. Enlaces de transición desmontables de Tipo 3b .............................. 4.3.2.4.5. Enlaces por bridas .......................................................................... 4.3.2.5. Enlaces de transición fijos PE-metal.................................................................. 4.3.2.6. Otro tipo de enlaces de transición PE-metal ..................................................... 4.3.2.6.1. Enlaces autoanclantes .................................................................... 4.3.2.6.2. Transiciones con soldadura a polietileno ......................................... 4.3.3. Uniones roscadas .......................................................................................................... 4.3.4. Otro tipo de uniones mecánicas .................................................................................... 37 37 37 37 38 38 38 39 39 40 40 40 41 41 41 42 42 42 43 43 4.4. Soldadura. Uniones soldadas .................................................................................................... 4.4.1. Consideraciones generales ............................................................................................ 4.4.2. Soldadura por capilaridad .............................................................................................. 4.4.2.1. Soldadura capilar blanda ................................................................................. 4.4.2.2. Soldadura capilar fuerte .................................................................................. 4.4.3. Soldadura eléctrica ........................................................................................................ 4.4.4. Soldadura por electrofusión y por termofusión a tope (sólo categoría A) ..................... 4.4.4.1. Soldadura a tope ............................................................................................. 4.4.4.2. Soldadura por electrofusión ............................................................................. 4.4.4.3. Maquinaria, herramientas y utillajes para la unión de tubos y accesorios .......... 4.4.4.4. Maquinaria, herramientas y útiles para soldadura a tope ................................. 4.4.4.5. Maquinaria, herramientas y útiles para electrofusión y para la ulterior perforación con y sin carga de las derivaciones ................................................ 4.4.5. Soldadura de tubos de plomo........................................................................................ 43 43 43 44 44 45 45 45 45 46 46 48 51 Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 4 de 69 4.4.6. Sopletes y máquinas de soldar ....................................................................................... 4.4.6.1. Soplete de butano o propano .......................................................................... 4.4.6.2. Soplete oxiacetilénico (sólo categoría B y A) ................................................. 4.4.6.2.1. Botella de oxígeno.......................................................................... 4.4.6.2.2. Botella de acetileno ........................................................................ 4.4.6.2.3. El manorreductor ........................................................................... 4.4.6.2.4. El soplete ....................................................................................... 4.4.6.2.5. Llamas para soldar.......................................................................... 4.4.6.2.6. Material de aportación ................................................................... 4.4.6.2.7. Sistema de soldeo .......................................................................... 4.4.6.2.8. Incidentes durante el soldeo ........................................................... 4.4.6.2.9. Normas de seguridad ..................................................................... 4.4.6.3. Soplete de oxipropano (sólo categoría B y A) ............................................... 4.4.6.4. Lamparilla de gasolina ..................................................................................... 4.4.6.5. Máquinas de soldadura eléctrica (sólo categoría B y A)................................. 4.4.6.5.1. Transformador de soldadura ........................................................... 4.4.6.5.2. Rectificador de soldadura ............................................................... 4.4.6.5.3. Convertidores de soldadura ............................................................ 4.4.6.5.4. Electrodos ...................................................................................... 4.4.6.6. Máquinas de soldar por electrofusión y por termofusión a tope (sólo categoría A) ........................................................................................ 4.4.6.6.1. Requisitos de los equipos por electrofusión..................................... 4.4.6.6.2. Requisitos de los equipos de termofusión a tope ............................ 4.4.7. Tipos de uniones soldadas ............................................................................................. 4.4.7.1. Unión polietileno – polietileno (sólo categoría A) .......................................... 4.4.7.2. Unión cobre - cobre o aleación de cobre.......................................................... 4.4.7.3. Unión acero - acero ......................................................................................... 4.4.7.4. Unión acero inoxidable - acero inoxidable ........................................................ 4.4.7.5. Unión cobre o aleación de cobre – acero o acero inoxidable ............................ 4.4.7.6. Unión cobre o aleación de cobre - plomo ....................................................... 4.4.7.7. Unión acero o acero inoxidable - plomo........................................................... 4.4.7.7.1. Injertos en tubos de acero (sólo categoría B y A) ......................... 51 51 53 53 53 54 55 56 57 57 59 59 60 60 61 61 62 63 63 63 64 65 66 66 66 67 67 67 68 68 68 Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 5 de 69 4.1. INTRODUCCIÓN En el presente capítulo se describen los diferentes materiales de las tuberías y los accesorios en función de la presión de diseño del tramo y de la modalidad de ubicación de las mismas, así como y sus tipos de unión y las técnicas de ejecución de las mismas. 4.2.MATERIAL DE LAS TUBERÍAS 4.2.1. Consideraciones generales Las tuberías son los elementos de la instalación receptora encargadas de canalizar el gas. Las tuberías serán de materiales que no sufran deterioros ni por el gas distribuido ni por el medio exterior con el que estén en contacto o estarán protegidas con un recubrimiento eficaz. El instalador de gas puede, en general, utilizar tubos de cobre, de acero, de acero inoxidable y de polietileno con las limitaciones que más adelante se indican en función de las características del gas y de la MOP del tramo. 4.2.2. Tubo de cobre El cobre es un elemento químico (Cu) que se encuentra en la naturaleza en estado libre (cobre nativo) o en forma de compuesto en los siguientes minerales: calcopirita, cuprita, malaquita y azurita. Es un metal de color rojizo, inalterable en presencia de aire seco. Sin embargo, con la humedad se recubre de una capa de carbonato básico, llamado vulgarmente cardenillo, que lo protege de posteriores ataques. Su punto de fusión es de 1.088 °C, es buen conductor del calor y de la electricidad, dúctil y maleable. Los materiales que se utilizan en la construcción, tales como la cal, el cemento, el yeso, etc. no producen efecto alguno al cobre, sin embargo, reacciona en frío con el ácido nítrico, los ácidos orgánicos y todas las sustancias amoniacales. Las tuberías de cobre se fabrican en dos estados: el cobre batido o duro, en tubos de 5 m de longitud y el cobre recocido o blando, en rollos de diferentes longitudes. El tubo de cobre puede utilizarse para gases de las tres familias y debe ser redondo de precisión estirado en frío sin soldadura, del tipo denominado Cu-DHP, y sus características mecánicas, así como sus medidas y tolerancias, deben ser las determinadas en la UNE-EN 1057. Debe utilizarse tubo en estado duro con un espesor mínimo de 1 mm para tuberías vistas, pudiéndose utilizar el tubo en estado recocido y en rollo para la conexión de aparatos y para tuberías enterradas, teniendo en este último caso un espesor mínimo de 1,5 mm y un diámetro exterior máximo de 22 mm. Las tuberías de cobre se nombran indicando primero el diámetro exterior y posteriormente el espesor. Ejemplo: Tubo de cobre de 15 × 1, nos indica que el diámetro exterior son 15 mm y el espesor 1 mm. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 6 de 69 También se utiliza la nomenclatura antigua indicando primero el diámetro interior y seguidamente el diámetro exterior (Tubo de 15 × 1 equivale a tubo de 13 × 15). Diámetro exterior nominal Espesor de pared nominal e d 1,0 6 R 8 R 10 R 12 R 14 X 15 1,1 1,2 1,5 R X X 16 X X 18 R X X 22 R R R 25 X X X 28 R R R 35 X X R R X 40 X X 42 X R R X 54 X R R R X R X X X X X X R X X 64 66,7 X R 70 76,1 80 X R X 2,0 2,5 3,0 X 88,9 R X X R X R X 133 R X R 159 X R R 108 X 219 R 267 R R indica las dimensiones europeas recomendadas X indica otras dimensiones europeas Los accesorios para la ejecución de uniones, reducciones, derivaciones, cambios de dirección, etc., mediante soldadura por capilaridad, deben estar fabricados con material de las mismas características que el tubo al que han de unirse y ser conformes a la UNE EN 1254-1 o, en su caso, pueden ser accesorios mecanizados de aleación de cobre según UNE EN 12164, UNE EN 12165 o UNE EN 1982, según corresponda. Las medidas y tolerancias de los accesorios de cobre o de aleación de cobre deben ser conformes a las Normas UNE 60719 y UNE EN 1254-1. Los accesorios de cobre para ejecución de uniones mediante presión (press-fitting) deben ser conformes al proyecto de norma PNE-prEN 1254-7. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 7 de 69 4.2.3. Tubo de acero El hierro es un elemento químico (Fe) y es el metal pesado más extendido y abundante en la corteza terrestre. Debido a su facilidad para reaccionar, raramente se encuentra en estado puro, y los minerales usados industrialmente para la extracción del metal son la hematites, la limonita y la siderita. El metal de hierro tiene un color gris, es buen conductor del calor y la electricidad y su punto de fusión es de 1.535 °C. El hierro de producción industrial (fundición, acero, hierro dulce) presenta propiedades físicas distintas a las del hierro puro; el hierro puro permanece inalterable al aire seco y al agua que no tiene dióxido de carbono disuelto, en contacto con el aire húmedo se cubre de orín, óxido de hierro de color rojizo, que al desprenderse, permite que continúe el proceso hasta la total transformación del metal. Los aceros son aleaciones de hierro, carbono y otros elementos que se elaboran en estado de fusión. Según el porcentaje de carbono, que nunca es superior al 1,5 %, los aceros se dividen en dulces o blandos, medios y con alto contenido de carbono. 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 4.2.3.1. Tubo de acero para tramos no enterrados 4.2.3.1.1. Tubos para MOP hasta 5bar Los tubos de acero pueden ser negros, galvanizados e inoxidables. Los tubos de acero galvanizado se encuentran cubiertos por una capa de zinc, la cual puede obtenerse por inmersión en un baño de zinc fundido o por galvanoplastia, este procedimiento consiste en conectar los tubos a un polo y lingotes de zinc al otro polo de un baño electrolítico, cuando circula una corriente continua entre ambos polos, se desprenden partículas de los lingotes de zinc, depositándose sobre los tubos. En lo relativo a las dimensiones y características, los tubos de acero se nombran indicando su diámetro nominal en pulgadas, y deben ser conformes a la Norma UNE 36864, para tubos soldados longitudinalmente, y a las UNE-EN 10255 y UNE 19046 para los tubos de acero sin soldadura. DN Øext Espesor Peso tubo “ mm (mm) (mm) (kg/m) 1/8 6 10,2 2,00 0,407 1/4 8 13,5 2,35 0,650 3/8 10 17,2 2,35 0,852 1/2 15 21,3 2,65 1,220 3/4 20 26,9 2,65 1,580 1 25 33,7 3,25 2,440 1¼ 32 42,4 3,25 3,140 1½ 40 48,3 3,25 3,610 2 50 60,3 3,65 5,100 2½ 65 76,1 3,65 6,510 3 80 88,9 4,05 8,470 4 100 114,3 4,50 12,100 5 125 139,7 4,85 16,200 6 150 165,1 4,85 19,200 Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 8 de 69 Los accesorios para la ejecución de uniones, reducciones, derivaciones, cambios de dirección, etc., mediante soldadura, deben estar fabricados en acero compatible con el tubo al que han de unirse, conforme con las especificaciones de la Norma UNE-EN 10242. La ejecución de uniones, reducciones, derivaciones, cambios de dirección, etc. mediante unión roscada debe realizarse con accesorios de fundición maleable, de acuerdo con las especificaciones indicadas en la UNE-EN 10242. 4.2.3.1.2. Tubos para MOP superior a 5 bar (sólo categoría A) El material para los tubos perteneciente a tramos de instalación con MOP superior a 5 bar se describe en capítulo 20 apartado 3.1. 4.2.3.2. Tubo de acero para tramos enterrados (sólo categoría A) Las instalaciones receptoras suministradas desde redes que trabajen a una presión de operación superior a 5 bar se realizarán conforme a la norma UNE 60620 (ver capítulo 20) Los tramos enterrados de las instalaciones receptoras se realizarán conforme a las especificaciones técnicas sobre acometidas descritas en las normas UNE 60310 y UNE 60311 (ver capítulo 5 para MOP hasta 5 bar y ver capítulo 20 para MOP superior a 5 bar). Los tubos de acero pueden ser utilizados en todo el rango de presiones. Los requisitos técnicos básicos de las canalizaciones de acero para presiones máximas de operación hasta 16 bar estarán de acuerdo con la norma UNE-EN 12007-3. Los tubos de acero deben cumplir las especificaciones técnicas, requisitos y ensayos mínimos de la norma UNE-EN 10208-2.1 Para conducciones que trabajen a tensiones inferiores al 20% del límite elástico será suficiente el cumplimiento de las especificaciones indicadas en la norma UNE-EN 10208-1. El certificado de fabricación de la tubería debe estar de acuerdo con el documento 2.2 definido en la norma UNE 36801. La tensión circunferencial máxima admisible de los tubos se debe determinar como se indica en el cuadro siguiente en función del límite elástico mínimo especificado (SMYS) y de las categorías de emplazamiento definidas en la norma UNE 60302. Categoría de emplazamiento según UNE 60302 Coeficiente de cálculo Tensión circunferencial máxima admisible 1 0,72 0,72·SMYS 2 0,60 0,60·SMYS 3 0,50 0,50·SMYS 4 0,40 0,40·SMYS Los tubos pueden ser de acero estirado sin soldadura o acero soldado longitudinal o helicoidalmente. En el caso de tubos con soldadura, la resistencia de ésta debe ser igual o mayor que la del metal de base del tubo. La composición química del acero debe ser tal que asegure una buena soldabilidad en obra (UNE 60310). La composición química del acero, los procesos a que haya sido sometida la materia prima y la conformación del tubo deben ser tales que se asegure una adecuada tenacidad a la temperatura de la canalización (UNE 60310) La relación por cociente entre el límite elástico y la resistencia a la rotura de los tubos debe ser igual o inferior a 0,85 (UNE 60310) 1. Este es un requisito de UNE 60310. Según UNE-EN 12007-3 deberán cumplir la norma UNE-EN 10208-1. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 9 de 69 4.2.3.2.1 Espesores mínimos de los tubos de acero A pesar de los valores determinados por cálculo, por cuestiones de montaje, soldadura, transporte, etc., se deberá respetar la serie de espesores mínimos indispensables que se expone en la siguiente tabla, según la norma UNE-EN 12007-3. Diámetro nominal DN Diámetro exterior D mm Espesor mínimo (mm) 25 (1”) 33,7 2,3 32 (1 ¼”) 42,4 2,3 40 (1 ½”) 48,3 2,3 50 (2”) 60,3 2,3 65 (2 ½”) 76,1 2,6 80 (3”) 88,9 2,6 100 (4”) 114,3 2,6 125 (5”) 139,7 2,6 150 (6”) 168,3 3,5 200 (8”) 219,1 3,5 250 (10”) 273,0 3,5 300 (12”) 323,9 3,5 350 (14”) 355,6 4,5 400 (16”) 406,4 4,5 ≥ 450 (≥ 18”) 1% de D 4.2.3.2.2. Espesores por debajo de los cuales no es necesario realizar cálculos de las tensiones derivadas de la presión interna Diámetro nominal DN Diámetro exterior D mm Espesor nominal mm 25 (1”) 33,7 2,6 32 (1 ¼”) 42,4 2,6 40 (1 ½”) 48,3 2,6 50 (2”) 60,3 2,9 65 (2 ½) 76,1 80 (3”) 88,9 2,9 3,2 100 (4”) 114,3 125 (5”) 139,7 150 (6”) 168,3 4,0 200 (8”) 219,1 4,5 250 (10”) 273 5,0 300 (12”) 323,9 5,6 350 (14”) 355,6 5,6 400 (16”) 406,4 6,3 500 (20”) 508 6,3 600 (24) 610 6,3 > 600 (> 24”) 3,2 3,6 1% de D Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 10 de 69 4.2.4. Tubo de acero inoxidable (sólo categoría A) El tubo de acero inoxidable utilizado para la construcción de instalaciones receptoras se fabrica normalmente por conformación mecánica de banda de acero inoxidable soldada longitudinalmente mediante soldadura eléctrica. La composición del tubo de acero inoxidable será del tipo F 3504 (X 6 Cr Ni 19-10) según norma UNE 36016. En lo relativo a características y dimensiones, el tubo de acero inoxidable debe cumplir lo prescrito en la norma UNE 19049. Diámetro exterior (mm) Diámetro interior (mm) Espesor (mm) Denominación usual (Øext × espesor) 12 10,8 0,6 12 × 0,6 15 13,8 0,6 15 × 0,6 18 16,6 0,7 18 × 0,7 22 20,6 0,7 22 × 0,7 28 26,4 0,8 28 × 0,8 35 33 1 35 × 1 42 39,8 1,1 42 × 1,1 Los accesorios para la ejecución de uniones, reducciones, derivaciones, cambios de dirección, mediante soldadura por capilaridad, deben estar fabricados en acero inoxidable de las mismas características que el tubo al que han de unirse. 4.2.5. Tubo de polietileno (sólo categoría A) 4.2.5.1. Generalidades El polietileno es una materia plástica fabricada por síntesis química a partir del etileno, obteniendo como resultado moléculas gigantes denominadas macromoléculas o polímeros. A este polímero básico, en el proceso de granulación previo a la extrusión para la fabricación de los tubos y accesorios, se le añaden aditivos consistentes principalmente en antioxidantes, pigmentos y colorantes, estabilizantes y lubricantes. La misión de estos aditivos es mejorar la resistencia del material a los efectos de la luz y del calor. El tubo de polietileno puede emplearse para acometidas enterradas y líneas interiores enterradas hasta presiones máximas de operación de 10 bar, dependiendo del tipo de polietileno empleado y del espesor del tubo. Tanto las acometidas interiores enterradas como las líneas interiores enterradas cuya presión máxima de operación no supere los 5 bar se construirán preferentemente en polietileno. Dadas las características de este material, no debe emplearse polietileno a la intemperie. La temperatura de operación no debe ser inferior a -20 ºC ni superar los 40 ºC. Los requisitos técnicos de las canalizaciones de polietileno estarán de acuerdo con la norma UNE-EN 12007-2. En particular, los compuestos de polietileno, los tubos, los accesorios, y las válvulas de polietileno deberán cumplir con los requisitos de la norma UNE-EN 1555 Partes 1, 2, 3, 4, 5 y de la Especificación Técnica UNE-CEN/TS 1555-7. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 11 de 69 4.2.5.2. Clasificación del polímero Durante muchos años el polietileno se clasificó de acuerdo con su densidad. En España se empleó exclusivamente polietileno de media densidad (entre 931 y 944 kg/m3). En la actualidad, el polímero se determina, clasifica y designa de acuerdo con la norma UNE-EN ISO 12162. Los compuestos usualmente empleados son los designados como PE 80 y PE 100, cuya Resistencia Mínima Exigida o MRS (“Minimum Required Strength”) es, como mínimo, de 8 MPa y de 10 MPa, respectivamente. 4.2.5.3. Propiedades químicas y mecánicas El polietileno, es un material muy inerte, por lo que presenta una gran resistencia química a los productos agresivos habituales. Es inerte al agua, bases, ácidos orgánicos no oxidantes, soluciones salinas, siendo por ello resistente a la corrosión externa por la acción de suelos agresivos. Tampoco le afectan los gases combustibles en fase gaseosa, si bien en fase líquida pueden ser absorbidos por él, produciéndose una pérdida de resistencia mecánica. El polietileno tampoco se ve atacado por microorganismos, bacterias del suelo ni insectos. Sin embargo, sí se ve afectado por los agentes tensoactivos, tales como detergentes, jabones y potasa, y por los hidrocarburos pesados, parafinas y aromáticos en estado líquido. Igualmente se ve afectado desfavorablemente por la luz (radiación ultravioleta) y el calor, dado que ambos favorecen la oxidación de sus moléculas, con la consiguiente pérdida de propiedades mecánicas y envejecimiento del material. El polietileno tiene un coeficiente de dilatación unas 10 veces superior al del acero, por lo que en ciertas circunstancias precisará precauciones especiales para su instalación (trazado sinuoso en tramos largos que permita su dilatación). Este problema queda paliado en gran medida una vez enterrado el tubo, dadas las pequeñas variaciones de la temperatura del terreno. Siendo el polietileno un buen aislante eléctrico, es totalmente insensible a la corrosión electroquímica. Sin embargo, dada la posibilidad de formación local de cargas electrostáticas, por ejemplo a causa de la circulación de gas cargado de polvo, será preciso tomar precauciones especiales en las intervenciones en carga, a fin de evitar la formación de chispas en presencia de una mezcla de gas y aire. 4.2.5.4. Clasificación de los tubos Los tubos de polietileno se clasifican por su dimensión según la Relación Dimensional Normalizada o SDR (“Standard Dimensión Ratio”). Esta nomenclatura clasifica los tubos mediante la relación entre el diámetro exterior nominal D y el espesor de la pared nominal. La norma UNE-EN 1555-2 contiene las tablas dimensionales (diámetros exteriores medios, ovalación, espesores de pared mínimos, tolerancias) para tubos de SDR 11 y SDR 17,6, aunque admite la utilización de cualquier SDR derivado de de las series de tubo S indicadas en la norma ISO 4065:1996. Es el caso del SDR 26 que se emplea en tubos destinados a entubamientos. Seguidamente se muestran las dimensiones nominales de los tamaños de tubo más usuales. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Tamaño nominal Diámetro exterior nominal (mm) Revisión 0 Octubre 2008 Página 12 de 69 Espesor de pared mínimo (mm) SDR 26 SDR 17,6 SDR 11 32 32 - - 3,0 40 40 - - 3,7 63 63 - 3,6 5,8 90 90 - 5,2 8,2 110 110 - 6,3 10,0 160 160 - 9,1 14,6 200 200 7,7 11,4 18,2 250 250 9,6 14,2 22,7 315 315 12,1 17,9 El diámetro exterior nominal es igual al diámetro exterior mínimo. Las tablas de la UNE-EN 15552 dan también los valores máximos del diámetro exterior medio, los cuales dependen de si se toma el Grado A o el Grado B de tolerancia. Los diámetros menores se fabrican exclusivamente en Grado B. Para tamaños nominales superiores a 250 los tubos se pueden elegir entre Grado A y Grado B. El Grado A admite un diámetro exterior medio superior al admitido por el Grado B. 4.2.5.5. Marcado Según la norma UNE-EN 1555-2 los tubos deben venir marcados con la siguiente información mínima: Aspectos Marca o símbolo Número de la norma de sistema UNE-EN 1555 Nombre o marca del fabricante Nombre o símbolo Para tubos de diámetro nominal ≤ 32 mm: - diámetro exterior nominal x espesor de pared nominal por ejemplo: 32 × 3,0 Para tubos de diámetro nominal > 32 mm: - diámetro exterior nominal por ejemplo: 200 - SDR por ejemplo: SDR 17,6 Grado de tolerancia por ejemplo: Grado B Material y designación por ejemplo: PE 80 Información del fabricante (1) Fluido interno Gas (1) Período de fabricación, año y mes, en cifras o código; nombre o código del lugar de fabricación, si el fabricante produce en distintos lugares 4.2.5.6. Dimensionamiento de los tubos de polietileno En el diseño de las acometidas enterradas y, por extensión, de las líneas interiores enterradas, es conveniente utilizar los criterios que, en cuanto a diseño y materiales, tenga establecidos la empresa distribuidora a través de la cual tendrá lugar el suministro. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 13 de 69 No obstante, a continuación se describe brevemente la relación existente entre los parámetros que influyen en las prestaciones de una tubería de polietileno. Dado un tamaño nominal de tubo determinado puede ser necesario determinar las dimensiones (SDR) en función de la presión máxima de operación (MOP) o al revés. 4.2.5.6.1. Determinación del SDR Supongamos el primer caso. La relación entre el SDR y la MOP es la siguiente: 20 · MRS SDR = 1 + –––––––––––– MOP · C · Df donde: SDR es la relación entre el diámetro exterior nominal del tubo y su espesor de pared nominal MRS es la resistencia mínima exigida, expresada en MPa. Es una característica del tipo de polietileno empleado. MOP es la presión máxima de operación, expresada en bar C es el coeficiente de diseño, que en ningún caso debe ser inferior a 2. Sus valores suelen estar definidos explícita o implícitamente por las Empresas Distribuidoras Df es el factor de influencia de la temperatura de operación (temperatura media del gas) que para 20 ºC es igual a 1. (Ver norma UNE 60310) El valor del SDR a adoptar será, en general, el valor normalizado inmediatamente inferior al valor encontrado. Sin embargo, para instalaciones de gases de la tercera familia, si se considera que el contacto con posibles hidrocarburos líquidos puede abarcar toda la vida de la tubería, no se deben utilizar SDR superiores a 11. Es admisible el uso de SDR 17,6 si se estima que el contacto con posibles hidrocarburos líquidos no superará a 1/5 de la vida en servicio de la tubería. Ejemplo 1: Debemos encontrar el SDR para un tubo de PE 80 que deberá operar con gas natural a una MOP de 3 bar a 20 ºC de temperatura media. La MRS del PE 80 es 8 MPa (Ver apartado 5.2 más arriba). Supongamos que se adopta un coeficiente de diseño C = 4 (doble del mínimo exigido por la norma). El factor Df es igual a 1. Substituyendo en la fórmula resulta: 20 · 8 SDR + 1 = –––––––– 3·4·1 de donde: SDR = 13,3 - 1 = 13,2. Debemos adoptar, por tanto SDR = 11 < 13,2. Ejemplo 2: Determinar el coeficiente de diseño para un tubo de PE 80 SDR 11 si operase a 5 bar a 20 ºC. 20 · MRS C = ––––––––––––––––––– MOP · Df · (SDR-1) donde: MRS = 8 MPa MOP = 5 bar Df = 1 SDR = 11 El resultado es: C = 3,2 > 2. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 14 de 69 Análogamente se puede encontrar que para un tubo de PE 80 SDR 17,6 que opere a 5 bar a 20 ºC el coeficiente de diseño es C = 2,4. 4.2.5.6.2. Determinación de la MOP La presión máxima de operación (MOP) deberá cumplir las siguientes condiciones: a) El coeficiente global de servicio (C) será, en general, el empleado por la Empresa Distribuidora a través de la cual se efectúe el suministro, y en ningún caso debe ser inferior a 2. Ejemplo: C=4 PE 80 (MRS = 8 MPa) SDR 11 Df = 1 20 · MRS MOP = –––––––––––––– C · Df · (SDR-1) MOP = 4 bar b) Deberá verificarse el criterio de propagación rápida de fisuras o RCP (“Rapid Crack Propagation”) Para la gama de diámetros y presiones contemplada en el presente Curso es suficiente comprobar que se cumple la siguiente condición: Pc ≥ 1,5 MOP donde Pc es la presión crítica de resistencia a la propagación rápida de fisuras, dato que debe proporcionar el fabricante del compuesto de polietileno a través del fabricante del tubo. c) Finalmente, deberá comprobarse que cuando se someta a ensayos de presión la tubería terminada, la presión de la prueba de resistencia (STP) sea igual o menor que 0.9·Pc (siendo Pc la presión crítica de resistencia a la propagación rápida de fisuras) 4.2.5.7. Formas de suministro de los tubos de polietileno Los tubos los suministran los fabricantes en barras, rollos y bobinas. ß Barras: generalmente en longitudes entre 6 y 12 m, para diámetros iguales o superiores a 90 mm. ß Rollos: generalmente en longitudes de 50, 100, 150, 200 y 300 m, para diámetros iguales o inferiores a 110 mm. ß Bobinas: generalmente en longitudes de unos 200, 500, 1000 y 1500 m, para diámetros de 63, 90 y 110 mm. En los rollos y bobinas, el radio de curvatura mínimo del tubo deberá ser de 20 veces el diámetro del tubo. Las bobinas se suministran montadas en devanaderas que facilitan su desplazamiento por rodadura en distancias cortas, así como, montadas en el adecuado soporte que facilita el desenrollado del tubo para su instalación en obra. 4.2.5.8. Transporte y almacenamiento de los tubos de polietileno Siendo el polietileno un material poco resistente a las agresiones físicas, precisa una manipulación adecuada que evite producirle daños. A este fin, toda operación de carga y descarga se realizará preferentemente con carretilla elevadora, grúa, o en su defecto a mano. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 15 de 69 Las horquillas de las carretillas elevadoras deberán acolcharse para evitar que sus aristas puedan dañar al material. Si la elevación tiene lugar con grúa, la suspensión se realizará con bandas de cuero o lona, jamás con cables desnudos o cadenas. 4.2.5.8.1. Transporte de tubos de polietileno Cuando la carga sea en barras la ubicación en el vehículo de transporte deberá realizarse de forma tal que las barras descansen en toda su longitud sobre la caja o plataforma. Las barras no sobresaldrán por la parte posterior del vehículo más de 40 cm, ni se apilarán a una altura superior a 1 m. Carga de tubos de polietileno en barras Carga de tubos de polietileno en barras y en rollos Transporte de carga mixta, formada por tubos en barras y en rollos Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 16 de 69 Cuando la carga sea en rollos, éstos se colocarán siempre que sea posible horizontalmente, siendo admisible apilarlos. Las bobinas se transportarán en sus devanaderas, en posición vertical y adecuadamente sujetas para evitar cualquier posibilidad de desplazamiento o vuelco. Transporte de tubos de polietileno en bobina. La colocación de una lona en la parte superior de la carga es importante a fin de proteger los tubos de los rayos solares. 4.2.5.8.2. Almacenamiento de los tubos de polietileno Para el almacenamiento deberán tenerse presentes las siguientes indicaciones: ß Preferentemente, los tubos de polietileno se almacenarán en locales cerrados, donde la temperatura no sobrepase los 40 °C, ni llegue a ser inferior a -5 ºC sobre una superficie plana y limpia, en posición horizontal tanto si se trata de barras como de rollos. Las bobinas se dispondrán verticalmente en sus devanaderas. De no contar con un local para el almacenamiento, éste se podrá realizar a la intemperie, pero protegiendo el material con lonas contra la incidencia directa de los rayos solares. ß Se evitará en las cercanías del material almacenado todo foco de calor. ß Se mantendrán alejados de los tubos toda clase de productos químicos agresivos para el polietileno, tales como detergentes, ácidos, hidrocarburos líquidos, etc. ß El apilado de las barras se realizará horizontalmente, sin sobrepasar 1 m de altura para evitar deformaciones por aplastamiento de los tubos inferiores, con paredes o montantes de contención para evitar el desmoronamiento, si bien en el caso de formar grupos reunidos mediante tirantes de madera, podrán formarse pilas de tres grupos, siempre que los tirantes de los grupos coincidan entre sí absorbiendo las cargas. Revisión 0 Octubre 2008 Página 17 de 69 P.E. máximo: 1,00 m Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Almacenamiento de los tubos de polietileno en barras. Máx. 1,5 m ß Los rollos podrán también apilarse unos sobre otros horizontalmente, sobre paletas u otra superficie plana, no sobrepasando la altura de 1,5 m. En ningún caso se almacenarán verticalmente, a fin de evitar la ovalización de los tubos. Almacenamiento de los tubos de polietileno en rollos. ß Todos los tubos deberán disponer en sus extremos de tapones adecuados para impedir la penetración de polvo, suciedad y agua. ß Se procurará un adecuado control de permanencia en almacén, a fin de lograr que el primer material ingresado sea también el primero en abandonarlo, evitándose así almacenamientos prolongados o incluso indefinidos de una parte de las existencias. ß En la descarga y almacenamiento a pie de obra se procederá ateniéndose a lo expuesto, extremando las precauciones dadas las condiciones especiales usuales en las obras. El acopio a pie de obra se mantendrá lo más reducido posible a fin de evitar su permanencia al aire libre y posibles daños al material. 4.2.6. Tubo de plomo El plomo es un material en desuso que no está ya permitido para la construcción de nuevas instalaciones, pero que sin embargo todavía se encuentra presente en muchas instalaciones existentes queda limitado exclusivamente a ampliaciones o modificaciones de instalaciones receptoras que ya estén en servicio, siempre que estén suministradas con MOP ≤ 0,05 bar y estén en locales destinados a usos domésticos. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 18 de 69 El plomo es un elemento químico (Pb) que se halla en varios minerales: anglesita, cerusita y principalmente en la galena. Es un metal gris azulado, muy brillante al corte, que se empaña rápidamente en contacto con el aire, recubriéndose de una capa de óxido que lo protege de una oxidación más profunda. El plomo funde a 327,4 °C, es mal conductor del calor y de la electricidad, poco dúctil y bastante maleable. El plomo es atacado por el ácido nítrico, el ácido acético, la cal, los cementos y los productos bituminosos. Los tubos de plomo se nombran de dos formas: citando en primer lugar el diámetro interior y a continuación el grueso de la pared o primero el diámetro interior y posteriormente el exterior. Ejemplo: Tubo de plomo de 30-3 ó 30-36, en el primer caso indicamos que el diámetro interior son 30 mm y el espesor 3 mm, o lo que es lo mismo, que el diámetro interior son 30 mm y el exterior 36 mm. 4.2.7. Accesorios de tuberías 4.2.7.1. Accesorios y elementos auxiliares de acero Los accesorios y elementos auxiliares deben estar construidos con materiales adecuados y aptos para la función para la cual han sido diseñados, y deben ajustarse preferentemente2 a normas UNE o UNE-EN que definan sus principales características así como las pruebas a que deban someterse. Hoy por hoy (2007) el repertorio de normas europeas disponibles es bastante limitado ya que se reduce a bridas y sus juntas. Las válvulas de cuerpo metálico deben cumplir los requisitos de la norma UNE-EN 13774. Los accesorios (piezas de forma, bridas u otros) serán preferentemente del mismo material que la canalización. Los elementos auxiliares (válvulas, filtros u otros) serán preferentemente de acero, debiendo ser este material fácilmente soldable en obra en los casos en que la unión con la canalización se realice por soldadura. 4.2.7.1.1. Tipos de accesorios (sólo categorías B y A) Los accesorios de las tuberías de acero pueden clasificarse según el proceso de fabricación del siguiente modo: Accesorios forjados: Bridas, Weldolets, válvulas de pequeño diámetro (venteos, drenajes y acometidas), manguitos. Accesorios laminados: Tes, reducciones, codos, caps. Accesorios fundidos: Válvulas de diámetro medio y grande (válvulas de línea). Esta clasificación general presenta, sobre todo, la ventaja de permitir agrupar y simplificar los requisitos de suministro de los accesorios. 4.2.7.1.2. Condiciones de suministro de accesorios de acero (sólo categorías B y A) Al igual que para el caso de la tubería, el suministro de accesorios de acero se ha venido realizando tradicionalmente de acuerdo con la normativa norteamericana y esta situación no va a cambiar al menos hasta que se disponga de normas europeas para accesorios de acero. Los requisitos dimensionales de los accesorios forjados (salvo válvulas) y laminados suelen atenerse a las normas del “Instituto Americano de Normalización y Estandarización” (ANSI) o de la 2. Este es un requisito de UNE 60310. La norma UNE-EN 12007-3 es más tajante: “Los accesorios cumplirán las normas europeas correspondientes”. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 19 de 69 “Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos” (ASME), mientras que para válvulas se aplica la especificación API 6D del “Instituto Americano del Petróleo” (API). Con respecto a los materiales, es de aplicación la normativa de la “Sociedad Americana de Ensayos y Materiales” (ASTM). En las siguientes figuras se han respetado las cotas principales de los accesorios ya que son las que los definen y por las que están referenciados en los catálogos. S J 37 ½º ¹/16” = 1,6 mm D A Codo estándar (radio largo) S J 37 ½º ¹/16” = 1,6 mm D A Codo estándar (radio corto) D J M ¹/16” = 1,6 mm 37 C C Té estándar Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios H Revisión 0 Octubre 2008 Página 20 de 69 J1 D1 J D J J1 D1 D S S S S H Concéntrica Excéntrica Reducciones estándar D J ½” = 1,6 mm s h 37 ½” H R r Cap estándar A A E D C ØB ØB E E ØD ØD ØD ØB ØD ØB ØB ØD ØB Ø ØD G B E C Ø E A E A Accesorios a encastre forjados E A Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios øB A A C A øB øB A øB A A øB A øB D C øB Accesorios roscados Salida 37 ½º 35º A 50º C B Tubería principal Weldolets R Cara con resalte Raised Face Brida Revisión 0 Octubre 2008 Página 21 de 69 Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 22 de 69 B S T d d J C Disco en ocho B d J d C 0,75”= 19 mm M T T Discos ciego y perforado d D F L d L Espárragos y tornillos para bridas Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Juntas dieléctricas monobloque 4.2.7.1.3. Accesorios para operaciones de derivación en carga (sólo categoría A) Para la realización de operaciones en carga se utilizan las siguientes piezas: Tes de derivación simple Tes de derivación con refuerzo circular Revisión 0 Octubre 2008 Página 23 de 69 Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 24 de 69 Tes esféricas Te de barril Las Tes esféricas y de barril se utilizan cuando las Tes simples o con refuerzo no pueden instalarse por no existir espacio suficiente. Para definir las piezas de derivación es necesario especificar el diámetro de la canalización principal así como el diámetro de la derivación. Uso de tes de derivación esféricas 4.2.7.1.4. Accesorios para derivaciones en carga sin soldadura Aunque menos extendidas, también existen piezas para derivaciones en carga que no requieren soldadura. Estas piezas, se fijan a la canalización principal mecánicamente y su uso está limitado a la ejecución de acometidas. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 25 de 69 Pieza para derivación en carga sin soldadura La salida es generalmente en polietileno. De este modo no es necesario utilizar soldadura de acero tampoco en la línea de derivación, con las ventajas que eso supone. Otra ventaja de este tipo de piezas es la posibilidad de realizar acometidas en carga sobre canalizaciones de acero de espesor nominal bajo. 4.2.7.2. Accesorios y elementos auxiliares de polietileno (solo categoría A) Los accesorios de polietileno deberán cumplir con las exigencias de la norma UNE-EN 1555, Partes 1, 3 y 5 y la Especificación Técnica UNE-CEN/TS 1555-7. Las válvulas construidas en polietileno deben cumplir los requisitos de la norma UNE-EN 1555, Partes 4 y 5 y la Especificación Técnica UNE-CEN/TS 1555-7. Las válvulas de cuerpo metálico instaladas en conducciones de gases de la 1ª y 2ª familias deben cumplir con la norma UNE-EN 13774. Los accesorios empleados con tubo del mismo material se clasifican como sigue: ß Accesorios de electrofusión por embocadura (enchufe) ß Accesorios de electrofusión por solape ß Accesorios con extremo macho (para fusión a tope empleando placas calefactoras y para electrofusión por embocadura) ß Accesorios mecánicos Los accesorios pueden tener la forma de, por ejemplo, manguitos, tes iguales y reducidas, reducciones, codos y tapones. 4.2.7.2.1. Accesorios de electrofusión para soldadura en línea Contienen uno o más elementos calefactores integrales, capaces de transformar energía eléctrica en calor para realizar una unión por fusión con un extremo macho o un tubo. Las figuras más usadas son los manguitos, los codos (a 90º o a 45º), las reducciones, las tes (iguales o desiguales), y los tapones (“caps”). En los manguitos monofilares la resistencia eléctrica es común a ambas embocaduras, por lo que estas se sueldan al mismo tiempo. En los manguitos bifilares hay una resistencia eléctrica individual en cada embocadura, por lo que deben soldarse una detrás de otra. Los manguitos pueden tener o no topes centradores, los cuales aseguran que al introducir el tubo hasta llegar a los topes, queda con el extremo situado en el centro del manguito. Los topes se pueden eliminar en caso de necesidad. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 26 de 69 Accesorios para soldadura por electrofusion de línea 4.2.7.2.2. Accesorios de electrofusión de derivación ß Derivaciones simples: estos accesorios cuentan en su parte inferior con un asiento curvo con resistencia eléctrica, que se adapta a la superficies del tubo sobre el que han de soldarse. ß Tes de toma en carga: estos accesorios disponen de un elemento perforador incorporado para taladrar el tubo. En su parte inferior cuentan con un asiento curvo con resistencia eléctrica, que se adapta a la superficie del tubo. Accesorios para soldadura por electrofusion de derivación 4.2.7.2.3. Accesorios con extremo macho Estos accesorios pueden ser unidos entre sí mediante accesorios de electrofusión por embocadura, o bien, para diámetros superiores a DN 90, mediante soldadura a tope. Las figuras más usadas son los codos (a 90º o a 45º), las reducciones, las tes (iguales o desiguales), los tapones (“caps”) y los portabridas (Ver apartado siguiente). Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 27 de 69 Accesorios con extremo macho para soldadura a tope 4.2.7.2.4. Final de conducción y obturación de extremos Si la futura conducción debe estar alineada con la existente, pueden aplicarse diversas soluciones según el grado de provisionalidad del cierre extremo y si se piensa o no recurrir al pinzado de la conducción a la hora de su prolongación 4.2.7.2.5. Portabridas de polietileno, brida loca y brida ciega Tiene el inconveniente que una unión embridada puede ser origen de fuga, pero en cambio facilita la futura prolongación. Puede utilizarse un accesorio para el balonamiento de la canalización cuando se vaya a desmontar la brida ciega, o aplicar un pinzamiento. Soldadura a tope Polietileno Final de conducción mediante porta-brida de polietileno, brida loca y brida ciega 4.2.7.2.6. Tapón de polietileno Mediante tapón de polietileno, el cierre es totalmente estanco, pero en caso de prolongación y en algunos modelos debe ser cortado sin posible recuperación. Puede también preverse el balonamiento de la canalización en caso de prolongación. Final de conducción mediante tapón de polietileno Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 28 de 69 Si no es imperativo que ambas conducciones estén alineadas se puede efectuar una desviación de la existente (con o sin carga) mediante Tes de toma en carga o derivaciones. Si la nueva canalización es del mismo diámetro que la existente, puede también intercalarse en ésta (sin carga) una Te unida mediante manguito de electrofusión. 4.2.8. Otros materiales Pueden emplearse también en la construcción de instalaciones receptoras los materiales que sean aceptados en la UNE EN 1775 y que cumplan una norma de referencia de reconocido prestigio. 4.2.9. Tallos de polietileno (sólo categorías B y A) Los tallos de polietileno permiten realizar la transición entre tramos vistos y enterrados de las instalaciones receptoras, y la conexión con la acometida, en su caso, y pueden ser de polietilenocobre o de polietileno-acero. Sus características mecánicas y dimensionales deben ser conformes a la UNE 60405. Los tallos pueden ser rectos o acodados en la parte metal. Medidas en milímetros 1 2 Tubo de cobre 3 B 4 400 ± 5 37,5º ± 2,5º 725 + 100 -0 mín4.470 A Chaflán para soldadura eléctrica Tubo de acero 1 Tubo de cobre 5 2 Tubo de acero 3 Vaina protectora ≥ 200 ≥ 30 4 Protección antihumedad 6 5 Cuerpo base y sistema de fijación interno o externo 6 Tubo de polietileno A 520÷570 325÷330 ≥ 30 Tubo de P E ≥ 170 250÷300 Tubería de acero Cuerpo del enlace Los tallos que se utilicen para la realización de instalaciones receptoras deberán estar compuestos por dos materiales distintos unidos por un enlace fijo o monobloc, siendo polietileno el material para la parte enterrada y acero o cobre para la parte vista o empotrada en muros. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 29 de 69 El enlace monobloc polietileno-acero o polietileno-cobre deberá estar protegido por una vaina metálica rellena de resina de poliuretano como protección antihumedad. En la tabla que se indica a continuación, se muestran las dimensiones de los tallos polietilenoacero y polietileno-cobre normalmente utilizados en la construcción de instalaciones receptoras. TUBO PE DN TALLO DN Clase y SDR (bar) 25 32 PE 80 SDR 11 5 32 40 PE 80 SDR 11 5 PE 80 SDR 11 50 63 PE 100 SDR 17,6 PE 100 SDR 11 PE 80 SDR 11 80 90 A (DN) MOP PE 100 SDR 17,6 PE 100 SDR 11 5 DN Cu Cu 22×1 Cu 22×1,5 Cu 42×1 Cu 42×1,5 Cu 54×1,2 Cu 54×1,5 10 5 10 B (mm)1 DN Ac Ac. Inox Cobre Acero Ac 1” 53×1,5 DN54 55×2 Ac 1¼” 63,5×1,5 DN64 65×2 – – 100×2 – – 121×3 Ac 2” – Ac 2” – Ac 3” – Ac 3” – Ac 3” 1. Se admitirá la utilización de diámetros y espesores similares alternativos si existe dificultad de encontrar en el mercado los indicados en la Tabla A 4 4.2.10. Elementos de sujeción de tuberías Las tuberías que se instalen en la modalidad “vistas”, deberán estar conveniente sujetas a las paredes o techos mediante elementos de sujeción del tipo abrazaderas o soportes-guía. Fuente: Gas natural SDG Aislamiento de elastómero Estos elementos de sujeción podrán ser, en función de la tipología de la instalación, simples o múltiples, es decir, que sujeten a una sola tubería o a varias (peine de tubos proveniente de la centralización de contadores). Aislamiento de elastómero Abrazadera con tirafondo Abrazadera múltiple Fuente: Gas natural SDG Abrazadera simple Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 30 de 69 El diseño de los elementos de sujeción mencionados, es decir, las abrazaderas y los soportes guía, ha de ser tal que cumplan las siguientes condiciones: ß El anclaje de la abrazadera ha de poder realizarse directamente a la pared, bien por empotramiento o bien atornillada con tacos de expansión. El anclaje del soporte-guía se realizará por empotramiento en la pared o techo. ß El sistema de fijación de la abrazadera a la tubería no ha de poder realizarse manualmente ni por presión, sino que para su montaje y desmontaje deberá utilizarse un útil adecuado (destornillador, llave fija, etc.). ß El diseño de la abrazadera ha de ser tal que en ningún caso pueda producirse contacto de la tubería con la pared, techo o soporte. En el caso de abrazaderas múltiples, su diseño deberá asegurar, además, que no existe contacto entre tuberías. ß Han de estar construidos con materiales metálicos de probada resistencia (acero, acero galvanizado, cobre, latón etc.) debidamente protegidas contra la corrosión y no deberán estar en contacto directo con la tubería, sino que deberán aislarse de la misma a través de un revestimiento, banda de elastómero o material plástico preferentemente, o bien encintando convenientemente la tubería en la zona de contacto. Cuando el tubo sea de acero inoxidable, el material de los elementos de sujeción no será ferrítico. 4.2.11. Material de las vainas, conductos y pasamuros Las vainas, conductos y pasamuros que se utilizan para enfundar un tramo de instalación receptora pueden emplearse para varias funciones: ß Para dar protección mecánica a la tubería que contienen (protección para tuberías expuestas a golpes o choques, etc.). En estos casos, si se trata de una vaina siempre será de acero, y si se trata de un conducto podrá realizarse con materiales metálicos) con un espesor mínimo de 1,5 mm o bien de obra con un espesor mínimo de 5 cm. Fuente: Gas natural SDG Tubería de gas Vaina de acero Conducto de obra (e ≥ 5 cm) Conducto metálico (e ≥ 1,5 mm) ß Para acceder con tubo de polietileno a armarios empotrados destinados a contener conjuntos de regulación (sólo categorías B y A). En estos casos, la vaina será de un material con rigidez suficiente y conformado para adaptarse al lugar donde va a ir alojada. Normalmente estas vainas son de PVC o material similar curvadas en caliente. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 31 de 69 Vaina Tubo PE Fuente: Gas natural SDG d ≤ 1,50 m ß Para realizar la ventilación de tuberías que pasan por primeros sótanos, cámaras, altillos, cielos rasos, falsos techos, etc. Las vainas y conductos podrán ser metálicos, de material de rigidez suficiente no deformable (por ejemplo PVC o similar), o bien ser conductos o cajetines de obra. ß Para atravesar paredes o muros. Cuando deba atravesarse una pared o muro de un local, deberá enfundarse la tubería mediante una vaina metálica o bien de material no deformable de rigidez suficiente (por ejemplo PVC o similar). Esta vaina, que es conocida con el nombre de “pasamuros”, deberá quedar inmovilizada en la pared o muro y se introducirá la tubería a su través. Es conveniente obturar, mediante una pasta no endurecible, el hueco existente entre la vaina y la tubería a no ser que se utilice para ventilación. Pasta no endurecible de relleno Tubería de gas Fuente: Gas natural SDG Pared o muro Es conveniente utilizar centradores para evitar el contacto del tubo con la vaina. ß Para disimular las tuberías por motivos decorativos. Cuando por motivos decorativos se deban ocultar tuberías de gas, éstas deberán estar alojadas en vainas o conductos ventilados de materiales metálicos, de material de rigidez suficiente no deformable (por ejemplo PVC o similar), o bien en conductos o cajetines de obra ventilados. Conducto ventilado Rejilla de ventilación Fuente: Gas natural SDG Tubería de gas Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 32 de 69 Cuando una vaina o conducto tenga que realizar varias funciones, el material de las mismas se escogerá teniendo en cuenta los materiales previstos para la función más exigente. Es recomendable que el diámetro interior de la vaina será, como mínimo, 10 mm superior al diámetro exterior del tubo. Tubería de gas D Fuente: Gas natural SDG D+10 Vaina Tubería de gas D D+10 Cuando se utilicen vainas o conductos metálicos deberán protegerse del medio exterior y no habrán de estar en contacto con estructuras metálicas ni con otras tuberías. A continuación, se muestra una tabla resumen en la que se indican las funciones que puede realizar una vaina o conducto y los materiales permitidos. Función Protección mecánica de tuberías Ventilación de tuberías en sótanos* Ventilación de tuberías en el resto de casos* Acceso a armarios de regulación y contadores Tuberías situadas en suelo o subsuelo Material de vainas Acero, con espesor mínimo de 1,5 mm Otros materiales de similar resistencia mecánica Materiales metálicos (acero, cobre, etc.) Materiales metálicos (acero, cobre, etc.) Otros materiales rígidos (por ejemplo plásticos rígidos) Material de conductos Materiales metálicos (acero, cobre, etc.), con espesor mínimo de 1,5 mm De obra (espesor mínimo 5 cm) Materiales metálicos (acero, cobre, etc.) Materiales metálicos (acero, cobre, etc.) De obra Materiales metálicos (acero, cobre, etc.) Otros materiales rígidos (por ejemplo, plásticos rígidos) 4.2.12. Corte de tubos metálicos 4.2.12.1. Corte de tubos de acero, de acero inoxidable o de cobre Para cortar los tubos de acero, de acero inoxidable o de cobre, se pueden utilizar tres procedimientos: ß Sierra de metales ß Cortatubos ß Disco 4.2.12.1.1. Sierra de metales La sierra de metales tiene una hoja de dientes finos (22 dientes por pulgada) y es de un acero cuya dureza es muy superior a la de los tubos. Al montar la hoja sobre la armadura conviene que los dientes miren hacia adelante, que es en esa dirección que se aprovecha más nuestro esfuerzo con el movimiento de vaivén que efectuamos sobre la herramienta. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 33 de 69 Para que los cortes salgan derechos, la sierra debe moverse en un plano perpendicular al eje del tubo y formar un ángulo de 90° con respecto a la longitud del mismo. La siguiente figura nos muestra la forma y el orden de realizar el corte: 3 corte 2 corte 1 corte 4.2.12.1.2. Cortatubos El cortatubos consta de una cuchilla circular, de borde muy fino y de un acero similar al de la hoja de la sierra de metales. Además dispone de dos rodillos que son los encargados de dirigir el corte, de forma que salga recto. El corte se produce haciendo girar el cortatubos sobre la superficie circular del tubo al tiempo que se presiona la cuchilla hacia el eje del mismo por medio de un husillo que tienen estas herramientas. El inconveniente que tiene el cortatubos es que el corte queda con una rebaba interior, la cual conviene eliminar con un escariador para minimizar las pérdidas de carga producidas al circular los fluidos por su interior. 4.2.12.1.3. Disco El disco es una herramienta de forma circular construido con materias abrasivas que se monta en el eje del motor haciéndolo girar a gran velocidad para que roce con el tubo, quedando éste cortado por el sistema de abrasión. 4.2.12.2. Corte de tubos de plomo Por lo blando de este material, su corte no ofrece dificultades, pues se puede cortar hasta con una sierra de diente fino, unos 10 ó 12 dientes por pulgada, similares a las utilizadas para cortar madera. También puede utilizarse la sierra de metales, pero tiene el inconveniente de que los dientes se obstruyen con facilidad (se ciegan). Otra herramienta que se puede utilizar es el cortatubos de tubos de plomo, una especie de alicate con dos cuchillas contrapuestas. El corte se produce al girar las cuchillas sobre el tubo y apretando al mismo tiempo los mangos. También tiene el inconveniente que el corte queda con rebaba interior, las cuales se deberán eliminar con un cuchillo plomero o una barrena tubera. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 34 de 69 Agujerear los tubos de plomo para realizar derivaciones no tiene ninguna dificultad, puede realizarse esta operación mediante el cuchillo plomero o la barrena. 4.2.13. Curvado de tubos metálicos Al realizar el curvado de un tubo, la curva que describe tiene unas características que debemos tener en cuenta: ß Zona exterior de la curva, que tiene la máxima dilatación. ß Zona interior, que tiene la máxima contracción. ß Zona neutra, que es el eje de la curva. ß Longitud de la curva, que es la distancia que hay desde el comienzo al final de la curva. ß Radio de curvatura, que es la distancia que hay entre el eje de la curva al centro donde se trazaría dicho eje. El radio de una curva se encuentra en relación con el diámetro del tubo que se ha de curvar. R = 34 radio de curvatura d = diámetro del tubo En las máquinas curvadoras y en curvadoras manuales el radio de curvatura que se aplica normalmente es: radio de la curva igual a tres diámetros del tubo. Para la realización manual de arcos, es necesario calentar la zona a curvar, y por tanto es preciso saber marcar sobre el tubo esta zona. Sabemos que la longitud de una circunferencia es: 2 × π × Rcurv. por lo tanto, la longitud de una curva de 90°, un cuarto de circunferencia, es: (2 × π × Rcurv.)/4= 1,57 × Rcurv. Entonces marcaremos el principio de la curva, y la segunda marca la realizaremos a 1,57 x Rcurv., o lo que es lo mismo, a: 1,57 × 3 × Øtubo = 4,71 × Øtubo Ésta será la zona del tubo que debemos calentar. 4.2.13.1. Curvado de tubos de cobre Para curvar tubos de cobre de diámetro exterior superior a 14 mm, es necesario que se encuentre recocido. Los tubos de cobre se pueden curvar a mano o usando curvadores sin ningún otro requisito, siempre que su diámetro no pase de los 16 mm, a partir de este calibre es necesario rellenar el tubo con arena, resina líquida o utilizar la técnica del resorte. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 35 de 69 Curvador manual 4.2.13.2. Curvado de tubos de acero Una vez troceado el tubo que hemos de curvar, se tapa una boca mediante un tapón de madera o similar, el tubo se rellena de arena fina y seca, y se golpea el tubo hasta que la arena quede bien apretada, procediendo a tapar la otra boca. A continuación se calienta toda la longitud de la curva, hasta conseguir un rojo cereza claro. En estas condiciones se coloca la parte calentada en un canal de plomo circular y anchura igual al diámetro del tubo, se sujeta uno de los extremos, y haciendo palanca con el otro se obtendrá el ángulo que deseamos, como nos muestra la siguiente figura. Fuerza También se consiguen buenas curvas sin necesidad de usar el canal, simplemente sujetando uno de los extremos del tubo y haciendo palanca con el otro. Cuando la curva quede muy cerca de la boca del tubo, es imprescindible alargarlo, de forma que pueda sujetarse, para ello se le hace una rosca y unimos otro trozo de tubo. Esta técnica de curvado, que hemos visto, se le denomina curvado en caliente, existen curvadoras hidráulicas que permiten realizar el curvado en frío. 4.2.13.3. Curvado de tubos de plomo Para el curvado de tubos de plomo de más de 18 mm de diámetro exterior es necesario rellenar el tubo de arena o utilizar el resorte. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 36 de 69 La técnica de curvado con resorte consiste en introducir un muelle en el interior del tubo, o pasar el tubo a través del muelle, y de este modo se evita el aplastamiento o abollamiento de la conducción. Este procedimiento da buenos resultados, pero sólo se consiguen curvas de gran radio. Una vez cortado el trozo que se va a curvar, se procederá a un enderezamiento y se rectificará el diámetro, en el caso de que se encuentre abollado, mediante un mandril de madera. Es conveniente calentar toda la longitud de la curva, procurando no fundir el tubo, para una mayor facilidad del curvado a mano o con un curvador de madera. 4.2.14. Corte y curvado de tubos de polietileno (sólo categoría A) 4.2.14.1 Corte de tubo de polietileno El corte de tubería de polietileno se realiza principalmente en la misma zanja cuando una parte de la conducción está accesible, o fuera de la obra, sobre un tubo nuevo, para ajustar la longitud de tubería necesaria. Cuando el tramo está en servicio y se requiera cortar una parte para su sustitución, primeramente se dejará el tramo sin servicio y sin presión, para efectuar la operación sin riesgo. Seguidamente se purgará y venteará el tramo sin servicio, en que se requiere realizar el corte. Cuando el tramo de tubería está fuera de la zanja, ésta se sujetará sobre un armazón o algún elemento de fijación para inmovilizarlo, dejando espacio para operar con los útiles de corte. Cuando los extremos de los tubos estén afectados, se cortaran dichos tramos; para ello se puede utilizar un cortatubo cuyas características y procedimiento de corte son similares a los empleados para cortar tubo de cobre, u otro procedimiento adecuado. Según el tipo de soldadura a realizar, se ha de proceder al refrentado del extremo del tubo, para lo cual se utiliza una refrentadora rotativa que deja los extremos del tubo lisos y a escuadra. Los útiles para cortar tubo de polietileno pueden ser de tres tipos: ß Sierra de cala de corte vertical, para tubería de red o tubo de polietileno de diámetros desde DN 90 hasta DN 315 ß Cortatubos de rodillo, para cortar tubería de red o tubo de polietileno de diámetros hasta DN 63 ß Cortatubos de cizalla, para cortar conductos de acometida o tubo de polietileno comprendido entre DN 20 y 40 4.2.14.2. Curvado de tubo de polietileno Debido a la flexibilidad de este material, las tuberías de polietileno se adaptan al trazado de curvas de radio relativamente reducido sin necesidad de empleo de accesorios. En el caso de seguir un trazado curvo el radio de curvatura deberá ser mayor de 20 diámetros del tubo, evitando que en el tramo curvado se encuentren soldaduras. De no poder evitar esto, el radio de curvatura deberá ser superior a 25 veces el diámetro del tubo. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 37 de 69 El radio mínimo de curvatura admisible depende del diámetro del tubo y de la temperatura ambiente. Radios mínimos de curvatura en tubería de polietileno Variación con la temperatura ambiente T (ºC) R 20 20 D 10 35 D 0 50 D donde: D = diámetro de la tubería, R = radio mínimo de curvatura, T = temperatura ambiente. 4.3. UNIONES MECÁNICAS 4.3.1. Consideraciones generales Las uniones de los tubos entre sí y de éstos con sus accesorios se realizará de acuerdo con los materiales en contacto y de forma que el sistema utilizado asegure la estanquidad sin que ésta pueda verse afectada por los distintos tipos de gas que se prevea distribuir en la zona. Las uniones pueden ser soldadas o mecánicas. Las uniones mecánicas podrán ser desmontables, fijas o roscadas, y deben limitarse al mínimo imprescindible. Sólo pueden utilizarse en tuberías vistas o enterradas, por lo que no pueden utilizarse en instalaciones empotradas. Tampoco pueden utilizarse cuando la tubería discurra por falsos techos y cámaras no ventiladas ni por semisótanos o primer sótano. Las uniones mecánicas, desmontables o roscadas, se utilizan generalmente en conexiones de aparatos de utilización, regulación, medida, llaves, etc. Vamos a describir en esta unidad las uniones mecánicas autorizadas: ß Uniones desmontables – Enlaces mediante junta plana – Uniones metal-metal – Bridas – Enlaces desmontables de transición PE-metal ß Enlaces fijos de transición PE-metal ß Uniones roscadas 4.3.2. Uniones desmontables 4.3.2.1. Enlaces mediante junta plana El enlace mediante junta plana, llamado también rácor, consta de dos piezas, la bayoneta con asiento plano y la tuerca hexagonal. En dicho asiento se intercala una junta plana de elastómero (ver figura). Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 38 de 69 Esta unión se fabrica en cobre, latón y acero, y deben cumplir lo dispuesto en la UNE 60719. Al igual que en las bridas, la junta debe cumplir lo dispuesto en la UNE EN 549 en lo relativo a materiales y la UNE 60719 en lo relativo a dimensiones. Este tipo de unión puede utilizarse exclusivamente para conectar a las tuberías los accesorios desmontables pertenecientes a la instalación receptora, como pueden ser los dispositivos de corte, contadores, reguladores, válvulas de seguridad por mínima presión, etc., así como en las conexiones rígidas o semirrígidas de aparatos a gas fijos. 4.3.2.2. Uniones metal-metal Las uniones metal-metal solamente se aceptarán cuando sean del tipo esfera-cono o de anillos cortantes. Su uso queda limitado a las conexiones de conjuntos de regulación y a la conexión de accesorios con MOP ≤ 50 mbar. Estas uniones metal-metal no se permitirán cuando la unión este sujeta a movimientos o vibraciones o cuando las tuberías sean de cobre recocido. 4.3.2.2.1. Esfera cono La unión por esfera-cono consta de dos piezas, el cono y la tuerca hexagonal. La estanquidad se asegura mediante la compresión entre las paredes cónicas y esféricas de la unión. (ver figura) Esta unión se fabrica en cobre, latón y acero, para soldar o roscar. 4.3.2.2.2. Unión por anillos cortantes En la unión por anillos cortantes, conocida normalmente por ermeto, la estanquidad se asegura mediante un anillo metálico que al ser comprimido por una tuerca contra el borde del accesorio, se retrae, formando en el una acanaladura que se incrusta en la pared del tubo. (ver figura) Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 39 de 69 Con objeto de facilitar la compresión de la tuerca sobre el anillo, es conveniente untar con aceite el reborde del anillo que se encuentra en contacto con la tuerca, de esta forma se suaviza el roce. Si no se procede de esta forma, puede dar la impresión de que se haya formado la acanaladura en el anillo, sin que se produzca. Una vez utilizada no debe volver a emplearse, debido a que el anillo se encuentra deformado y no se aseguraría la estanquidad. 4.3.2.3. Bridas (sólo categorías B y A) d3 Las bridas están formadas por dos discos metálicos de cuyo centro emerge la conducción A su alrededor la brida posee varios orificios en los que se insertan pernos que permiten ajustar la unión. (ver figuras) d d2 d1 Entre ambos discos debe intercalarse una junta plana que puede ser de elastómero que cumpla lo dispuesto en la UNE-EN 682 en cuanto al material, o bien de otro material adecuado a esta aplicación. Las bridas deben ser conformes a las características y dimensiones que se indican en la UNE 19152, UNE 19153 y UNE-EN 1092-1. Este tipo de unión puede utilizarse exclusivamente en accesorios desmontables pertenecientes a la instalación receptora, como son los dispositivos de corte, contadores, líneas de regulación, etc., así como en los tramos de conexión rígida de aparatos y quemadores a gas fijos. 4.3.2.4. Enlaces de transición desmontables PE-metal (sólo categoría A) El enlace mecánico de transición es el elemento que realiza la transición de tubos de distinta naturaleza y DN (acero, latón o cobre a PE), o bien realiza la unión de un tubo a un elemento o accesorio. Está formado por el cuerpo base y el sistema de fijación interno o externo, donde se efectúa la transición. El cuerpo base es el elemento mecánico del enlace de transición que soporta los tubos de unión y el sistema de fijación es el elemento que permite fijar al cuerpo base los tubos a unir, garantizando la estanquidad y resistencia mecánica de la transición. Estos enlaces se pueden utilizar para MOP ≤ 5 bar y se clasifican, en función de sus características constructivas, en Tipo 1, Tipo 2 Tipo 3a y Tipo 3b. Los enlaces Tipo 1 y 2 se pueden utilizar hasta DN 90 y los enlaces Tipo 3a para DN 20 y los Tipo 3b para DN 20 y 32. A continuación, se describen las características de éstos tipos de enlaces, según UNE-60405 Partes 1 y 3. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 40 de 69 4.3.2.4.1. Enlaces de transición desmontables de Tipo 1 La compresión se realiza mediante aro de fijación y tuerca de apriete (ver figura). Anillo de estanqueidad Casquillo de refuerzo interno Anillo de estanqueidad Aro de deslizamiento Aro de deslizamiento Aro de fijación Aro de fijación Tuerca Tubo polietileno Tuerca de apriete Anillo de fijación para Polietileno Tubo de acero, acero inox. o cobre Cuerpo Tuerca de apriete Arandela Anillo de estanqueidad Casquillo de refuerzo interno Cuerpo Anillo de estanqueidad Arandela Anillo de fijación para acero Tuerca 4.3.2.4.2. Enlaces de transición desmontables de Tipo 2 La compresión se realiza mediante tuerca de apriete y junta (ver figura). Aro de desplazamiento Tórica Casquillo de refuerzo interno Tubo polietileno Cuerpo base Tuerca apriete Tubo metálico o válvula 4.3.2.4.3. Enlaces de transición desmontables de Tipo 3a La compresión se realiza mediante tuerca de apriete (ver figura) Tuerca de apriete Espiga Tubo metálico o válvula Tórica de estanqueidad Anillo de compresión Tubo de polietileno Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 41 de 69 4.3.2.4.4. Enlaces de transición desmontables de Tipo 3b La compresión se realiza mediante mordaza de apriete con el tubo metálico preparado en forma de espiga. Tornillo de apriete Tubo polietileno Espiga Tubo metálico o válvula Tórica de estanqueidad Brida bipartida Los enlaces tipo 3a y 3b deben estar preparados para conectar también tubo de acero o cobre en lugar de tubo de polietileno mediante la conexión de un accesorio específico (no incluido en el suministro). 4.3.2.4.5. Enlaces por bridas Estos elementos de enlace están formados por un portabridas de polietileno con una junta plana de elastómero y una brida loca que se une mediante tornillos a la brida del tubo o de la válvula con la que se ha de enlazar. La unión del portabridas al tubo de polietileno se realiza por soldadura a tope o mediante un manguito de electrofusión. Manguito electrosoldable para todos los diámetros Polietileno Polietileno Acero Enlace mecánico por bridas Enlace mecánico autoanclante 4.3.2.5. Enlaces de transición fijos PE-metal Los enlaces de transición fijos PE-metal realizan la transición de tubo de polietileno a tubo de acero o cobre (transiciones enterradas o tallos de acometida) y se pueden utilizar para MOP hasta 10 bar. Deben cumplir lo dispuesto en la UNE 60405 partes 1 y 2. Este enlace consiste en la unión del tubo de polietileno al tubo o accesorio metálico, de tal manera que queden solidarios, no permitiendo en consecuencia su desmontaje manual. El tubo de polietileno esta fijado al cuerpo base mediante un sistema mecánico de anclaje basado en un perfil, interno o externo, del tipo diente de sierra o similar (no cortante) y un sistema de fijación que garantice la estanquidad (ver figura). Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 42 de 69 Soldadura Tubo cobre o acero Casquillo de refuerzo a compresión Cuerpo base Tórica Los tubos de cobre o acero, o los accesorios de latón o acero, estarán fijados al cuerpo base mediante soldadura fuerte para el caso del cobre y latón y mediante soldadura oxiacetilénica o eléctrica para el caso del acero, dependiendo del material del cuerpo base. Tanto el montaje mecánico del enlace de transición como la soldadura del tubo deberán ser realizados en fábrica. 4.3.2.6. Otro tipo de enlaces de transición PE-metal 4.3.2.6.1. Enlaces autoanclantes Se basan en un perfil interno del tipo de diente de sierra que impide el desmontaje de la unión una vez se ha introducido el tubo en el interior del enlace. Mandril de expansión Casquillo de cobre Tubo de polietileno Línea de referencia Tuerca exagonal Enlace mecánico autoanclante 4.3.2.6.2. Transiciones con soldadura a polietileno Estos elementos de enlace disponen de un extremo preparado para su unión al tubo o válvula con que ha de enlazarse, y de otro extremo preparado para la soldadura con el tubo de polietileno, generalmente mediante manguito de electrofusión. Enlace mecánico con soldadura a polietileno Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 43 de 69 4.3.3. Uniones roscadas Las uniones roscadas deben realizarse únicamente sobre tubos de acero de calidad “roscable” que cumplan los requisitos de la UNE 36864 de las series medias o pesadas. Se utilizarán accesorios roscados de fundición maleable que cumplan la UNE-EN 10242 y deben ser conformes a la UNE 19500. Las roscas deben ser efectuadas de acuerdo a la UNE 19009-1 y debe asegurarse su estanquidad mediante un compuesto anaeróbico, o un compuesto no endurecible, o bien con cinta de estanquidad de PTPE, de acuerdo con la UNE-EN 751 partes 1, 2 y 3, respectivamente. 4.3.4. Otro tipo de uniones mecánicas Pueden emplearse también en la construcción de instalaciones receptoras otro tipo de uniones que estén contempladas en la UNE-EN 1775 y que cumplan con una norma de referencia de reconocido prestigio. Las uniones de cobre ejecutadas por presión, del tipo “press-fitting”, solamente deben utilizarse en instalaciones exteriores. 4.4. SOLDADURA. UNIONES SOLDADAS 4.4.1. Consideraciones generales La soldadura consiste en la unión íntima de dos o más piezas caldeadas hasta el estado pastoso y comprimidas fuertemente entre sí para que formen una sola pieza, y también si se caldean a una temperatura alta para juntarlas mediante la interposición de otro metal denominado metal de aportación que se funde. En el primer caso tenemos la soldadura autógena, que quiere decir que la unión de las piezas metálicas se realiza gracias a la fusión de las mismas, sin que exista metal de aportación. En el segundo caso la soldadura está hecha interponiendo un metal, o una aleación metálica que tenga un punto de fusión más bajo que el de las piezas a unir, esta soldadura se llama soldadura aportada. 4.4.2. Soldadura por capilaridad Si introducimos el extremo de un tubo de vidrio dentro de un recipiente que contenga un líquido, como muestra la anterior figura, veremos que el agua sube por el interior del tubo por encima del nivel del líquido en la vasija, y que el nivel en el tubo será mayor cuanto menor sea su diámetro. A este fenómeno se le llama capilaridad. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 44 de 69 Una de las aplicaciones de este fenómeno es la soldadura por capilaridad. Gracias a la capilaridad, el material de aportación, en estado líquido, penetra y se extiende entre las piezas, del mismo modo que el líquido asciende por el tubo de vidrio. La soldadura por capilaridad es tanto más perfecta cuanto el espacio entre las piezas a soldar sea más regular, en caso de necesidad las paredes de los tubos deberán rectificarse para evitar irregularidades. También es necesario que las paredes a soldar se encuentren limpias, a fin de que el material de aportación se adhiera, para ello deben rascarse con lana de acero y aplicar desoxidante. Cuando el empalme es horizontal, y en particular cuando deben unirse tuberías gruesas, es conveniente en primer lugar aplicar la varilla del metal de aportación debajo, luego a los lados y por último arriba. En los empalmes verticales es indiferente, aunque el metal fundido no debe desparramarse por el interior de la tubería. El cobre no debe calentarse en exceso, pues se corre el riesgo de “quemarlo”, con lo que se volvería frágil y poroso. Una vez realizada la unión, ésta puede enfriarse con agua, que arrastrará los restos de desoxidante, o puede limpiarse con un trapo mojado o un cepillo metálico. 4.4.2.1. Soldadura capilar blanda Se llama soldadura capilar blanda a aquella soldadura en la que la temperatura de fusión del metal de aportación es inferior a 450 °C. El metal de aportación puede estar formado por una aleación de estaño plata, entre 95-5% y 96,5-3,5% y estar de acuerdo con la norma UNE-EN 29453. Los desoxidantes empleados en la soldadura blanda son pastas formadas por una mezcla de cloruro de cinc o cloruro amónico, glicerina, vaselina, etc., el tiempo que transcurra desde la aplicación al uso no debe ser superior a las 2 ó 3 horas, ya que pierden sus propiedades. Para realizar la soldadura capilar blanda se utiliza el soplete de butano o propano Este tipo de soldadura puede utilizarse en instalaciones con MOP ≤ 50 mbar de instalaciones que suministren a locales destinados a usos domésticos, excepto en tramos que discurran por garajes o aparcamientos. 4.4.2.2. Soldadura capilar fuerte En la soldadura capilar fuerte la temperatura de fusión del metal de aportación es igual o superior a 450 °C. (Cuando el metal de aportación contiene cobre la soldadura toma un color amarillento y se le llama vulgarmente amarilla). El metal de aportación puede tener diversas composiciones, podemos citar, de acuerdo con la norma UNE-EN 1044: ß cobre-fósforo (92-8%) ß cobre-fósforo-plata (89-6-5%) ß cobre-fósforo-plata (80-5-15%) ß plata-cobre-zinc-cadmio (30-29-21 -20%) Los desoxidantes utilizados en esta soldadura se presentan en forma de polvos, generalmente “bórax”, que puede diluirse en agua para hacer una pasta, la cual se puede aplicar con un pincel al tubo. El punto de fusión del material de aportación en la soldadura fuerte es superior al de la soldadura blanda, por ello, la fuente de calor deberá proporcionar una llama de mayor temperatura. Para realizar la soldadura de capilar fuerte se utiliza el soplete de propano, el oxiacetilénico y el oxipropano. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 45 de 69 Este tipo de soldadura debe utilizarse en tramos de instalaciones cuya MOP sea mayor que 5o mBar e inferior o igual a 5 bar, así como en tramos que discurran por garajes y aparcamientos o para el suministro de locales no domésticos independientemente de su MOP 4.4.3. Soldadura eléctrica Podemos observar que al abrir un interruptor eléctrico salta una chispa entre sus bornes y, en general, si interrumpimos de repente un circuito eléctrico salta una chispa entre los extremos del conductor. Si la separación entre los extremos es pequeña, la chispa se mantendrá, y si contiene la energía suficiente, provocará la fusión del metal. A esta chispa, continua y persistente, se le denomina arco voltaico o arco eléctrico. Cuando se da el arco eléctrico se producen tres tipos de radiaciones: ß Luminosas: no cumplen función alguna en la soldadura, pero son propias del arco eléctrico, tienen una gran intensidad luminosa. ß Infrarrojos: las radiaciones infrarrojas son las portadoras del calor, y son las verdaderamente útiles en el proceso de soldadura. ß Ultravioletas: las radiaciones ultravioletas son altamente nocivas, especialmente para la vista, y los ojos deben protegerse de las mismas. Dado el carácter peligroso de las radiaciones emitidas por el arco, sobre todo para los ojos, es obligatorio salvaguardarse de los mismos mediante una careta que va prevista de un cristal inactínico, el cual filtra los rayos nocivos y protege la cara de las proyecciones del metal incandescente. Este tipo de soldadura se utiliza para soldar tubos y accesorios de acero o de acero inoxidable 4.4.4. Soldadura por electrofusión y por termofusión a tope (sólo categoría A) La soldadura por electrofusión o por termofusión a tope se utiliza para la unión de tubos y accesorios de polietileno. Actualmente las técnicas de soldadura que se emplean para unir tubos y accesorios de polietileno son: ß Soldadura por termofusión a tope o, simplemente, soldadura a tope. ß Soldadura por electrofusión 4.4.4.1. Soldadura a tope La soldadura a tope consiste en la unión entre sí de tubos, o de tubos con accesorios, ambos de idéntico diámetro y espesor de pared, por calentamiento previo de las zonas de unión y posterior aplicación bajo presión. Este tipo de unión se emplea para diámetros iguales o superiores a 110 mm, y excepcionalmente para el diámetro 90 mm con tubo SDR 11. 4.4.4.2. Soldadura por electrofusión La unión por electrofusión consiste en la unión de un tubo de polietileno con otro o de un tubo con un accesorio polivalente mediante un accesorio electrofusión por enchufe o bien la unión de un accesorio por electrofusión de montura sobre un tubo de polietileno generando el calor necesario para ello mediante el paso de una corriente eléctrica controlada a través de una resistencia incorporada en el mismo accesorio. La unión de tubos por este sistema ha de realizarse por medio de manguitos de electrofusión con embocaduras en sus extremos (“soldadura con elementos de línea”) o codos, si son del mismo diámetro, o mediante reducciones, si son de diámetros diferentes. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 46 de 69 Las derivaciones pueden realizarse mediante una te igual polivalente (bocas iguales) unida mediante accesorios de electrofusión a enchufe, una te igual por electrofusión, una toma de derivación simple de electrofusión o una te de toma en carga de electrofusión (“soldadura de derivación”). Los accesorios de electrofusión para soldadura a solape cuentan, en la parte que se aplica al tubo, con un asiento curvo dotado con la resistencia, el cual se sujeta durante la soldadura con una abrazadera de fijación que se retira a la conclusión de la operación, o con una media sección que se une con el asiento del accesorio por atornillado o encaje, el cual puede retirase o no al finalizar la operación. Esta media sección puede ser substituida por flejes o bandas que, una vez tensadas, mantengan el accesorio en posición. Existe también el modelo en el que la media sección inferior es solidaria por un lado a la derivación, y articulada en este punto gracias a una estrangulación del material. Estas derivaciones, una vez colocadas abrazando al tubo, durante el proceso de soldadura se fijan por el lado abierto mediante una mordaza de apriete que se retira a la conclusión de la soldadura. La resistencia eléctrica se prolonga en la mitad inferior del elemento de electrofusión, por lo que ésta permanece unida al tubo al retirar la mordaza. 4.4.4.3. Maquinaria, herramientas y utillajes para la unión de tubos y accesorios La tecnología del polietileno requiere el empleo de maquinaria, herramientas y utillaje específicos que, si bien pueden variar en detalles según el fabricante, en general se adaptan a una misma finalidad. Estas máquinas y útiles pueden clasificarse como sigue: Máquinas: ß Para soldadura por termofusión a tope ß Para electrofusión ß Mixtas Útiles: ß Para soldadura a tope ß Para electrofusión a enchufe ß Para electrofusión a solape Alguno de los útiles y herramientas, no obstante, es común a varias modalidades de soldadura. SEDIGAS homologa equipos de unión por electrofusión para uso con accesorios de polietileno de electrofusión para redes de distribución de combustibles gaseosos así como equipos de unión por fusión a tope. Las condiciones técnicas para la homologación quedan recogidas en cada uno de los reglamentos particulares. En general las máquinas de soldadura a tope no se utilizan para unir tubos o accesorios de diámetros nominales (DN) inferiores a 110, aunque la mayoría de ellas pueden efectuar uniones de DN 90. Su diámetro máximo varía según marcas y modelos entre DN 200 y DN 315. Las máquinas de electrofusión suelen tener un rango de aplicación entre DN 20 y DN 315, aunque alguna llega hasta DN 710. 4.4.4.4. Maquinaria, herramientas y útiles para soldadura a tope Para esta modalidad de soldadura se emplea una máquina formada por dos mordazas, una fija y otra móvil, con suplementos para adaptación a diversos diámetros de tubo, bomba de accionamiento y regulación de la presión, plato refrentador motorizado y placa calefactora. Como utillaje auxiliar se emplean cortatubos y cronómetro. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 47 de 69 Durante muchos años las máquinas de soldadura por termofusión a tope han tenido accionamiento manual-hidráulico. Posteriormente aparecieron máquinas en las que la aproximación entre las dos mordazas era controlada automáticamente mediante sistemas hidráulicos o eléctricos. Finalmente, también se ha automatizado la colocación y retirada de la placa calefactora. Máquina manual para soldadura a tope Las máquinas de soldadura por termofusión a tope deben cumplir con lo que establece la norma ISO 12176-1 y su Anexo A. Existe la posibilidad de introducir los parámetros de fusión correspondientes al tipo de polietileno, diámetro de los tubos o accesorios y SDR, a través de un lector de código de barras. Las máquinas van provistas de una memoria capaz de almacenar los datos de al menos 250 uniones para poderlos descargar en un PC o una impresora, pudiéndose así examinar la calidad de la unión y conservar los datos para su trazabilidad. Máquina automática para soldadura a tope Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 48 de 69 4.4.4.5. Maquinaria, herramientas y útiles para electrofusión y para la ulterior perforación con y sin carga de las derivaciones La electrofusión se realiza mediante equipos de control que proporcionan una corriente eléctrica controlada a la resistencia incorporada del accesorio de electrofusión. Estos aparatos pueden servir para accesorios de un único fabricante o de diversos fabricantes, siendo en este último caso denominados polivalentes. Estos están equipados con un sistema de adquisición automática de datos (generalmente a través de la lectura de códigos de barras impresos en las etiquetas que llevan los accesorios de polietileno de electrofusión) y de un sistema de control automático del ciclo de fusión. Permiten, además, el almacenamiento de datos de fusión reales y su descarga para futura utilización. Los equipos de electrofusión deben cumplir con la norma ISO 12176-2. Deben tener un sistema de corrección de tiempos de soldadura que permita lograr fusiones correctas con temperaturas ambiente comprendidas entre - 10 °C y + 40 °C. Además, para la inmovilización de los extremos de los tubos que han de unirse entre sí mediante manguitos, se emplean alineadores de diferente tipo, en función del diámetro del tubo y de que éste proceda de barras o de rollos o bobinas. Las máquinas y utillaje comunes para todo tipo de electrofusión son: ß Unidad de control. ß Grupo electrógeno. Como utillaje y elementos auxiliares se emplean: ß Cortatubos ß Raspador ß Papel celulósico para limpieza ß Isopropanol Diversos modelos de unidad de control Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Raspador Revisión 0 Octubre 2008 Página 49 de 69 Cortatubos Máquinas y utillaje comunes para electrofusion. Para la unión de tubos mediante manguitos y accesorios de línea de electrofusión, se emplean además diversos tipos de alineadores. ß Alineadores para tubos en barra. ß Alineadores para tubos en rollo o bobina. ß Alineadores para unión de tubos en ángulo mediante codos de electrofusión. Alineadores Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 50 de 69 Alineador de vigueta Diversos tipos de alineadores Para la soldadura de derivaciones de electrofusión se emplean adicionalmente las siguientes máquinas y útiles ß Soporte ventana con anclaje simple. ß Centrador para derivaciones. ß Mordaza de apriete para derivaciones de electrofusión abiertas. ß Abrazadera de apriete para derivaciones de electrofusión a solape. Centrador para derivaciones Soporte ventana Mordaza de apriete Abrazadera de apriete Útiles adicionales para la soldadura de derivaciones de electrofusión Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 51 de 69 Para la perforación de las derivaciones de electrofusión, se precisarán las máquinas y útiles siguientes: Sin carga ß Máquina para perforar derivaciones sin carga. Con carga ß Equipo para la soldadura a enchufe del tubo de derivación. ß Dispositivo para perforar tomas de derivación en carga. Máquina para perforar derivaciones sin carga 4.4.5. Soldadura de tubos de plomo Antes de efectuar la soldadura es necesario efectuar el rectificado del tubo, de forma que la tubería no tenga abolladuras. Para efectuar este proceso se pasa por el interior de la tubería un taco redondo de madera dura, llamada mandril o bala, el cual engrasaremos previamente a fin de facilitar su deslizamiento. Para empujar el mandril se utiliza el expulsamandriles, que es un tubo de acero en el que uno de sus extremos ha sido modificado de forma que no dañe ni al mandril ni al tubo. Con objeto de eliminar la capa de óxido que se forma en todos los metales, al contacto con el oxígeno del aire, es necesario utilizar desoxidantes. Para el plomo se utiliza como desoxidante la estearina, que es una sustancia blanca, sólida, insoluble en el agua, cuyo punto de fusión es de 64°C y se compone de ácido esteárico y glicerina. La aleación más usual para la soldadura de tubo de plomo está compuesta por estaño (33%) y plomo (67%), y se le llama estaño al 33%, tiene un punto de fusión ligeramente inferior al del plomo, y su dureza es mayor. Esta aleación se comercializa en barras de 100-150 gr. 4.4.6. Sopletes y máquinas de soldar Para el proceso de soldar es necesaria una fuente de calor que pueda ser dirigida a voluntad, estos son los sopletes y las máquinas de soldadura eléctrica. 4.4.6.1. Soplete de butano o propano Este tipo soplete desplazó a las lamparillas de gasolina debido a su rapidez de uso, a que no es necesario calentarlos para encenderlos, y basta accionar el mando del mismo para realizar la apertura o el cierre. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 52 de 69 El consumo de los sopletes de butano o propano es relativamente pequeño, variando desde 45 g/hora hasta 230 g/hora, dependiendo de inyector utilizado. Estos sopletes se adaptan a botellas de pequeño y mediano tamaño. La siguiente figura nos muestra un soplete tipo pistola, el cual es muy utilizado por su facilidad de manejo. Dispone de todos los accesorios necesarios para toda clase de operaciones como son boquilla gruesa, boquilla fina, punta de estañar, boquilla de llama plana, etc. Boquilla gruesa Tuerca Filtro de fieltro Inyector Tornillo moleteado Anillo bicono Junta de caucho Desobturador Grifo con aguja Junta de caucho Varilla pasador Boquilla fina Soporte suplemento Suplemento cobre Boquilla plana Como puede verse en la figura, es de fácil desmontaje para su limpieza y conservación. Debe procurarse siempre que la junta de caucho del cuerpo principal esté siempre en buenas condiciones, para asegurar la estanquidad en la unión con la botella que contiene el gas. Esta unión se efectúa roscando todo el cuerpo del soplete sobre el cuello de la botella. Una vez asegurada la unión, el soplete está ya en disposición de uso. La siguiente figura representa un soplete que permite trabajos de mayor envergadura. Junta aluminio Inyector Tornillo Boquilla gruesa Desobturador Empuñadura Suplemento cobre Soporte suplemento Boquilla fina Mango Abrazadera Tubo de caucho Boquilla plana Cánula orientable Grifo con aguja Asa Junta caucho Junta tórica Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 53 de 69 Este soplete tiene una mayor autonomía, gracias a que la capacidad de la botella es mayor, y permite un mayor desplazamiento del foco de calor al disponer de un tubo flexible entre la botella y el soplete. Debe tenerse siempre la precaución de que no existan fugas en las piezas de conexión, asegurando las abrazaderas y comprobando que las juntas estén en buenas condiciones y debidamente apretadas. El tubo flexible debe reemplazarse una vez haya caducado. 4.4.6.2. Soplete oxiacetilénico (sólo categorías B y A) Los sopletes oxiacetilénicos queman dos gases: oxígeno y acetileno. La unión se realiza por la fusión de los metales a unir (autógena) o por la fusión de los metales a unir y el metal de aportación. 4.4.6.2.1. Botella de oxígeno El oxígeno se comercializa comprimido a 147 bar (150 kg/cm2) en unos recipientes de acero, llamados botellas o cilindros, los cuales tienen una capacidad de 40 ÷ 50 litros. Cada 5 años, estas botellas se someten a una presión de prueba de 294 bar (300 kg/cm2), y la fecha de ésta se graba de forma indeleble en la parte superior del cilindro. Junto a la fecha, se graba además el nombre del propietario, el número de la botella, la palabra OXY, la capacidad, el peso en vacío de la botella, la presión de prueba y la presión de llenado. El cilindro lleva en su parte superior una válvula de latón, que sirve para el acoplamiento del manorreductor. Para la protección de esta válvula, la botella lleva roscada una caperuza. Para calcular el contenido de la botella se multiplica la presión en kg/cm2 por los litros de la botella, de esta forma, si la botella es de 40 I y la presión es de 147 bar / 150 kg/cm2), contiene 40 × 150 = 600 litros de oxígeno. Caperuza Detalle A A Grifo Salida de oxígeno Cuerpo Tapón Entrada de oxígeno Botella de oxígeno 4.4.6.2.2. Botella de acetileno El acetileno es un gas combustible de olor muy característico, que al combinarse con el oxígeno arde a una temperatura de 3.200 °C. El acetileno no puede ser comprimido, en estado puro, a más de 1,96 bar (2 kg/cm2), debido a que se descompone originando una explosión, por ello para almacenarlo o transportarlo en grandes cantidades, se recurre a la gran capacidad de la acetona para disolverlo. En condiciones normales, un litro de acetona disuelve 24 litros de acetileno, sin embargo el poder disolvente de la acetona aumenta con la presión, de esta forma, a una presión de 14,7 bar (15 kg/cm2), disuelve 24 × 15 = 360 litros de acetileno. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 54 de 69 Comercialmente el acetileno se vende en unas botellas que contienen 16 I de acetona, las cuales se encuentran llenas de una sustancia porosa (carbón vegetal, piedra pómez, etc.) de forma que la acetona se encuentre distribuida uniformemente por el interior del cilindro, y no puedan formarse espacios vacíos que permitan la acumulación del acetileno, lo que propiciaría la explosión del mismo. Una botella de acetileno contiene de 5 a 6 kg de este gas. Como cada kg equivale a 900 I, cada botella contiene de 4.500 a 5.400 I de acetileno. El acetileno cuando sale de la botella arrastra cierta cantidad de acetona. Para que no sea excesivo el consumo de acetona, el caudal máximo será de 20 litros/min, y en el caso de necesitar un caudal superior se acoplarán dos o más botellas. La válvula que permite el acoplamiento del manorreductor a la botella es de acero y es necesaria una llave para abrir o cerrar el paso del gas. La botella de acetileno también dispone de una caperuza roscada para proteger la válvula. Grifo Cuerpo 4.4.6.2.3. El manorreductor Tanto el oxígeno como el acetileno se encuentran en las botellas a una presión muy superior a la de utilización, por tanto es necesario instalar unos reguladores de presión llamados manorreductores. A medida que el gas que contiene la botella va saliendo, la presión disminuye, a fin de evitar la engorrosa operación de tener que ajustar la presión de salida durante el proceso de soldadura. Existen manorreductores que de una forma automática la estabilizan, la figura siguiente nos muestra uno de estos modelos. A - Boca de empalme con la botella B - Muelle antagonista que mantiene siempre cerrado el obturador C - Obturador con pastilla D - Platillo con tres astas E - Platillo portamueble F - Muelle de regulación G - Tornillo de regulación H - Manómetro de baja presión I - Manómetro de alta presión L - Portagoma de salida M - Cámara cerrada externa N - Cámara de reducción O - Membrana elástica de tela engomada P - Entrada de oxígeno R - Filtro metálico Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 55 de 69 Cuando el obturador C cierra el paso al gas, el manómetro I marca la presión de la botella. Atornillando G, el muelle F empuja al platillo E y a la membrana elástica O, y tres pequeños vástagos que tiene el platillo D empujan el obturador C, permitiendo el paso del gas a la cámara N, donde ejerce una presión hasta anular la ejercida por el muelle F, por lo cual el obturador vuelve a cerrar el paso al gas. Cuando el gas sale por el soplete, la presión en la cámara N disminuye, volviendo de nuevo el obturador a permitir el paso del gas desde la botella. Este proceso se sucede de forma ininterrumpida, la presión de salida del gas nos la indicará el manómetro H y la podremos regular mediante el tornillo G. 4.4.6.2.4. El soplete El soplete es el aparato cuya misión es la de realizar la mezcla del acetileno con el oxígeno, de forma que se produzca una llama estable, y dirigir el foco de calor. Los sopletes se construyen principalmente de latón, y en su cuerpo podemos diferenciar dos partes: la caña o mango y la lanza. 3 2 4 6 5 Llave de regulación de oxígeno 1 1 2 3 4 5 6 - Punta de cobre Rácor porta boquillas Tubo de mezcla Cono del inyector Tuerca de unión al mango Inyectores No fuerze las llaves de gas puede usted el sistema Asegúrese, antes de conectar la boquilla, que el inyector está roscado a fondo en su alojamiento Compruebe que el inyector y el tope del inyector asientan con un cierre hermético En el mango se encuentran los racores de conexión y las llaves de paso, y la lanza se compone de la boquilla, el récord portaboquillas, el tubo de la mezcla, el inyector y la tuerca de unión del mango con el inyector. La velocidad de salida de los gases debe ser superior a la velocidad de propagación de la llama, de forma que se evite el retroceso de la misma, y en consecuencia la mezcla se incendie dentro del soplete; no obstante, los sopletes poseen un dispositivo de seguridad llamado válvula antirretroceso que permite evitar estos incidentes. A un soplete se le pueden acoplar varias boquillas que permiten adaptar la potencia del mismo al grosor de las piezas a soldar. Las boquillas están numeradas de 0 a 7, y en algunos casos llevan grabados el consumo de acetileno en litros/hora. La siguiente tabla nos da el n.° de boquilla, consumo de acetileno, consumo de oxígeno, velocidad de soldadura, diámetro de la varilla, presión del acetileno y del oxígeno en función del espesor de la pieza a soldar. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Espesor a soldar (Acero en mm) Revisión 0 Octubre 2008 Página 56 de 69 0,5-1 1-2 2-4 4-6 6-9 9-14 14-20 20-30 N.° de boquilla 0 1 2 3 4 5 6 7 Consumo acetileno (Litros/hora) 75 150 300 500 750 1200 1700 2500 Consumo oxígeno (Litros/hora) 90 180 360 600 900 1440 2040 3000 Velocidad de soldadura (M/hora) 7-10 6-8 5-7 4-6 3-5 2-3 1,5-2,5 1-2 Diámetro de la arilla (Mm) 1,5-2 2-2,5 3 3-4 4-6 6-7 6-7 6-7 0,5 0,5 0,5 0,6 0,7 0,7 4-5 4-5 4-5 4-5 5-6 6-7 Presión acetileno (Kg/cm2) 0,4-0,5 0,4-0,5 Presión oxígeno (Kg/cm2) 4 4-5 4.4.6.2.5. Llamas para soldar En la siguiente figura podemos observar las distintas zonas de una llama. Zona reductora (3100 ºC) color: azul claro Dardo (2700 ºC) color: azul celeste intenso Penacho, zona oxidante (2400 ºC) color: azul claro tirando a violeta Para la combustión completa de un volumen de acetileno son necesarios 2,5 volúmenes de oxígeno, según la relación oxígeno/acetileno que sale del soplete, podemos tener tres tipos de llamas: ß Llama neutra. La cantidad de oxígeno que contiene la mezcla es el necesario y suficiente para la combustión completa del acetileno. La zona reductora de la llama es ideal para la soldadura de metales férreos, no precisando desoxidantes, es muy importante que el dardo quede separado unos 3 mm del baño de fusión, de forma que se aproveche la zona de temperatura máxima. ß Llama oxidante. La cantidad de oxígeno es superior a la necesaria para la combustión del acetileno, y la llama se caracteriza por un dardo corto y violeta. Se utiliza para la soldadura de aleaciones del cobre, tales como el bronce y el latón. Es necesaria la utilización de desoxidantes, a fin de eliminar la capa de óxido que se forma. ß Llama carburante. La mezcla es demasiado rica en acetileno y la llama se caracteriza por tener un dardo alargado y presentar alrededor del mismo una aureola muy brillante que nos indica el exceso de acetileno. Se utiliza para soldar aceros aleados, hierro dulce y aluminio. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 57 de 69 Según la velocidad de salida de los gases, las llamas las podemos dividir en dos grupos: ß Llama dura. La velocidad de salida de la mezcla es superior a 130 m/s, y es indicada para soldar piezas de gran espesor. ß Llama blanda. La velocidad es pequeña, de 80 a 100 m/s, y es apropiada para la soldadura de piezas de pequeño espesor. 4.4.6.2.6. Material de aportación Se llama material de aportación a la varilla metálica de la misma o parecida composición que el material base, pero más puro y con una preparación especial: se encuentra recocida. Para la soldadura de acero se suministran varillas de 2 mm de diámetro y un metro de longitud, para diámetros menores se suministran en rollos, los cuales vienen cobreados o engrasados para evitar su oxidación. El diámetro de las varillas a utilizar depende de la posición de la soldadura, la cavidad a rellenar o del espesor de las piezas, por lo que la elección se hace por estimación. Sin embargo, cuando se trata de soldar piezas de pequeño espesor se puede utilizar la siguiente fórmula: e d = –– + 1 2 Donde: d = diámetro de varilla e = espesor de las piezas Para soldar cobre o sus aleaciones, la naturaleza del metal de aportación depende del tipo de soldadura que deseemos realizar. Podemos tener la soldadura blanda y la fuerte, y los materiales de aportación se han descrito en los respectivos procesos de soldadura. 4.4.6.2.7. Sistema de soldeo 4.4.6.2.7.1. Soldadura a izquierdas 2-3 mm. Este tipo de soldeo, llamado también hacia adelante, se emplea especialmente en chapas o piezas de acero preferentemente de menos de 5 mm de espesor, en fundición y en los metales no férreos, independientemente de su espesor. Varilla 45º 45º Soldadura a izquierdas Como muestra la figura, desde el punto de vista del operario, el soplete y la varilla se mueven de derecha a izquierda, la varilla se mueve delante del soplete y el ángulo que forman con respecto a la pieza a soldar es de unos 45°. La punta del dardo debe moverse a unos 3 mm del baño de fusión. Al empezar a soldar, parte del calor de la llama es absorbido por el material base, por lo que el soplete debe situarse perpendicular a la costura, una vez éste comienza a fundir, el cordón se inicia aportando material con la varilla y el soldador debe adoptar la posición normal de avance. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 58 de 69 La varilla de aportación se funde delante de la llama, metiéndola y sacándola constantemente del baño de fusión, sin salirse de la zona de la llama. Cuando la llama se aproxima al final de la costura, la temperatura aumenta, y el baño de fusión tiende a ensancharse, para evitarlo debe aumentarse la velocidad y disminuir el ángulo de incidencia. Si por cualquier causa debe interrumpirse el proceso, al reanudarlo, se debe calentar y volver a fundir el extremo del cordón, en una longitud de 10 mm para piezas de hasta 5 mm de espesor. 4.4.6.2.7.2. Soldeo a la derecha Este sistema de soldeo se emplea en piezas de más de 5 mm de espesor. ≥ 45º ≤ 45º Soldadura a derechas Como muestra la figura, desde el punto de vista del operario, el soplete y la varilla se mueven de izquierda a derecha, por lo que la varilla sigue al soplete, de esta forma se consigue suministrar más calor a la zona de la soldadura, el cordón presenta una superficie más irregular, pero su estructura es mejor. Este sistema actualmente es poco utilizado, debido a que para soldar piezas de 5 mm se utiliza la soldadura eléctrica por arco, que tiene ventajas de facilidad, economía y tiempo. La siguiente tabla nos compara los procedimientos de soldadura: Método “A la izquierda” “A la derecha” Método Acercamiento de los bordes Hasta 3 mm. Hasta 3 mm. Movimiento del soplete Achaflanado de los bordes Hasta 3 mm. Sentido del avance “A la derecha” Sentido del avance Hasta 3 mm. Posición del metal de aportación Posición del soplete visto desde el lado del operario “A la izquierda” Precede a la llama Sigue a la llama En todos los metales y todos los espesores Con preferencia en espesores de 4 a 15 mm. Movimiento del metal de aportación Campo de aplicación del método Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 59 de 69 4.4.6.2.8. Incidentes durante el soldeo Los incidentes que pueden producirse durante el proceso de soldeo, son debidos generalmente a un mal funcionamiento del soplete, provocando incendios o explosiones, que pueden llegar a ser peligrosos. ß La llama se apaga inesperadamente produciendo un sonoro estallido. Es debido a la obstrucción de la boquilla por las partículas proyectadas del metal incandescente. Se corrige cerrando las llaves de paso del soplete hasta observar la extinción de la llama. Se enfría y limpia la boquilla antes de reanudar la soldadura. ß Estallidos en breves intervalos de tiempo. La boquilla se ha calentado excesivamente dando lugar al encendido de la mezcla de gases en el interior del soplete. Para enfriarle, se introduce en un recipiente con agua, cerrando la llave del acetileno y dejando salir ligeramente el oxígeno para que el agua no penetre en ella. ß Sucesión muy rápida de estallidos, causando vibraciones en el mango. Indica la inflamación de los gases no solamente en la boquilla sino inclusive en el soplete. La causa se debe, por lo general, a que los gases salen a una velocidad muy pequeña, inferior a la propagación de la llama. Se debe apagar rápidamente el soplete y cerrar las llaves de las botellas. Se desmonta el soplete y la boquilla, limpiando los conductos y una vez se tenga a punto de nuevo, se regulan las presiones adecuadas en los manorreductores observándolos por si es necesario el cambio de alguna botella por encontrarse vacía o a punto de agotarse. La botella de acetileno no debe apurarse menos de 0,98 bar (1 kg/cm2) de su presión, pues se arrastra acetona provocando incidentes en la llama. ß Se apaga el soplete y se produce un silbido al mismo tiempo. Este retroceso es grave por cuanto el retorno de la llama ha pasado ya la cámara de mezcla y se dirige a las gomas conductoras. Se produce por obstrucción o el excesivo calentamiento de la boquilla. Se debe apagar inmediatamente el soplete y cerrar las llaves de las botellas, enfriando las boquillas y limpiándolas antes de reanudar el trabajo. ß Estallido en un manorreductor o en una goma conductora. La destrucción del manorreductor puede ser debida a la presencia de cuerpos grasos en su interior o por apertura violenta de la llave de la botella, encontrándose apretado el tornillo de regulación de la presión y fallando la válvula de seguridad. La rotura de la goma conductora del oxígeno, puede suceder por una excesiva presión de salida, que ocasionaría un reventón por la pared del tubo en algún punto debilitado. Como norma general, se cerrarán rápidamente las llaves de las botellas. ß Incendio en algún lugar de la conducción de acetileno. El encenderse una llama en cualquier junta de la conducción del acetileno como puede ser en la salida de la botella, manorreductor, rácord de entrada en el soplete, etc., es debido a una fuga del gas que, al saltar cualquier chispa durante el soldeo, provoca el encendido de éste. En este caso, se procede rápidamente a cerrar la llave de la botella del acetileno, para dar lugar a que se produzca un excesivo calentamiento del elemento incendiado, el fuego se extingue al cerrar el combustible; se procederá a reparar la fuga con posterioridad, usando llaves fijas apropiadas, nunca alicates o similar, para no dañar las tuercas. 4.4.6.2.9. Normas de seguridad ß Cuidar en todo momento de no aplicar la llama del soplete a las gomas conductoras. ß Colocar las válvulas antirretroceso en la entrada del soplete. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 60 de 69 ß Apagar el soplete en los intervalos de tiempo que no se use, ya que puede provocarse un incendio. ß No exponer las botellas a cualquier fuente de calor intenso (sol, soplete, etc.). ß Evitar los golpes violentos de las botellas, éstas se sujetarán con cadenas o collares para evitar que se caigan. ß No utilizarlas, ni estando vacías, como calzos, rodillos o soportes. ß No engrasar cualquier elemento del equipo, pues las materias grasas se inflaman al contacto con el oxígeno. ß Se utilizará agua jabonosa, para detectar cualquier fuga, jamás se empleará una llama para tal fin. ß La longitud mínima de las gomas de conducción de los gases será de 5 metros. ß Siempre que no utilice una botella, la válvula o grifo será protegido con el capuchón o caperuza. ß La botella de oxígeno se purgará antes de colocarle el manorreductor, no haciéndolo nunca delante de nuestra cara. 4.4.6.3. Soplete de oxipropano (sólo categorías B y A) En la actualidad la soldadura oxiacetilénica puede sustituirse en algunos casos por la soldadura de oxipropano. En este tipo de soldadura, el acetileno es sustituido por propano y la temperatura que alcanza la llama es de 2.820 °C. Frente a la soldadura oxiacetilénica la soldadura de oxipropano presenta las siguientes ventajas. ß El propano es menos peligroso que el acetileno ß Es más barata ß Permite cortar los metales más rápido. El principal inconveniente que presenta es que durante la combustión del propano se produce gran cantidad de vapor de agua, por lo que no se utiliza en el proceso de soldeo de materiales férricos. 4.4.6.4. Lamparilla de gasolina Es un tipo de soplete que ha caído en desuso como consecuencia de la aparición de los sopletes de butano o propano, y se utilizaba para la soldadura de tubos de plomo. Este aparato consta de un depósito de latón, que contiene la gasolina. En la parte superior del depósito hay un tapón roscado que dispone de una válvula de seguridad, y sirve para el llenado del depósito. En un costado se adosa una bomba para inyectar aire en el depósito y al mismo tiempo sirve como asa. La cabeza está compuesta por el conducto de gasificación, que tiene dos o tres tapones de registro, el mando de apertura y cierre, el inyector (llamado vulgarmente “chiclé”) y el cañón o boquilla, el cual lleva unos orificios para la toma de aire llamados toberas. La cabeza va roscada al depósito, y en el centro de esta rosca hay un tubo con una mecha en su interior, además la cabeza tiene una cazoleta. El depósito no debe llenarse completamente, sólo 3/4 partes, de forma que quede una cámara de gases que permita el funcionamiento. El funcionamiento es sencillo: en la cazoleta se pone gasolina y se le prende fuego, el calor desprendido calienta el conducto de gasificación de la cabeza y el depósito, con lo que el gas que hay en el depósito adquiere presión y hace ascender la gasolina a través del tubo con mecha, hacia la cabeza. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Tobera Revisión 0 Octubre 2008 Página 61 de 69 Mando de apertura y cierre Chicle Cañón Conducto de gasificación Válvula de seguridad Cazoleta Tapón Cámara de gases Bomba Depósito Mecha Gasolina Entrada de aire Cuando la gasolina llega a la cabeza, ésta se gasifica debido a la temperatura del cañón, y si acercamos una llama a la boca del cañón se incendiará. Si el combustible de la cazoleta se agota, se inyecta aire en el depósito mediante la bomba, de forma que la presión se mantenga. 4.4.6.5. Máquinas de soldadura eléctrica (sólo categorías B y A) La misión de las máquinas de soldar es la de proporcionar a la corriente eléctrica las características apropiadas para el proceso de soldadura, las cuales difieren de las de la red de distribución: ß Reducir la tensión de la línea a la tensión de cebado (entre 54 y 100 V), que es la tensión necesaria para que se produzca el arco eléctrico. ß Una vez producido el arco, disminuir la tensión hasta la tensión de funcionamiento (entre 20 y 40 V), que es la tensión necesaria para que el arco se mantenga. ß Regular la intensidad de la corriente eléctrica utilizada en el arco. Los grupos de soldadura los podemos clasificar según sus características eléctricas en: transformadores, rectificadores y convertidores, y según sus características mecánicas en: estáticas (sin partes en movimiento) y dinámicas (con partes en movimiento) 4.4.6.5.1. Transformador de soldadura Es el aparato de soldar más utilizado, debido a su pequeño coste y facilidad de mantenimiento. Baja tensión Alta tensión Núcleo magnético Devanado primario Devanado secundario Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 62 de 69 Los transformadores están formados por un núcleo, constituido por las láminas de acero, y dos arrollamientos, el primario y el secundario. El arrollamiento primario está formado por gran cantidad de espiras de hilo de cobre, de pequeña sección, y es el que se conecta a la red. El arrollamiento secundario está formado por unas pocas espiras de hilo de cobre grueso, y proporcionan la tensión y la intensidad necesaria para el proceso del soldeo. La regulación de la tensión de salida, y en consecuencia, de la intensidad de salida, se puede realizar de dos formas: mediante unas clavijas que permitan conectar más o menos espiras del secundario, o desplazarlo en el interior del núcleo una pieza de acero que desvíe el flujo magnético. 4.4.6.5.2. Rectificador de soldadura Cuando a la salida del aparato de soldadura la tensión es continua el arco es más estable, y como consecuencia el cordón es de una excelente calidad y se producen menos proyecciones del metal. Los rectificadores tienen como misión convertir la corriente alterna en corriente continua, y están formados por placas de setenio, silicio o diodos que tienen la propiedad de dejar pasar la corriente en un sólo sentido. Veamos como funciona un rectificador de diodos. VAB VCD A VAB B D1 D2 C VCD D3 D4 D Cuando la tensión Vab es mayor que cero, los diodos D2 y D3 permiten el paso de la corriente, y los diodos D1 y D4 lo impiden. Cuando la tensión Vab es menor que cero, los diodos D1 y D4 permiten el paso de la corriente, y los diodos D2 y D3 lo impiden. Como consecuencia la tensión Ved es siempre mayor que cero, tenemos una tensión continua la salida del rectificador. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 63 de 69 4.4.6.5.3. Convertidores de soldadura Son dinamos que generan corriente continua para la soldadura. Estas pueden ser accionadas por un motor eléctrico o un motor de combustión interna. En este segundo caso forman un grupo autónomo, especialmente apto para zonas en las cuales no exista tendido eléctrico. De la red (corriente alterna) Regulador Motor Dinamo Electrodo Arco Corriente continua 4.4.6.5.4. Electrodos El electrodo constituye el metal de aportación utilizado en la soldadura eléctrica por arco. Su principal misión es la aportación del metal necesario para el relleno de la unión. El electrodo se compone de dos partes: alma o núcleo y revestimiento. El núcleo está formado por una varilla cilíndrica y calibrada de acero, cuya calidad corresponde a un acero extra suave libre de impurezas, siempre que su aplicación esté orientada al soldeo de aceros comunes, se fabrica en diámetros de 1,5, 2, 2,5, 3,25, 4, 5 y 6 mm. El núcleo del electrodo sirve como conductor de la corriente y pasa a formar parte de la unión soldada en forma de cordón. El revestimiento cubre el alma del electrodo, y facilita el proceso de soldeo. El revestimiento está compuesto por elementos orgánicos y minerales que cumplen las siguientes misiones: ß Ioniza el aire. Éste fenómeno consiste en hacer conductor el aire, con lo cual el cebado es fácil y el arco se estabiliza rápidamente. ß Desoxida el baño de fusión, facilitando la aportación del material. ß Forma una atmósfera protectora, impidiendo la oxidación del material de aportación y del baño de fusión. ß Dirige el transporte del metal en el arco, a fin que el metal fundido quede concentrado en la unión. 4.4.6.6. Máquinas de soldar por electrofusión y por termofusión a tope (sólo categoría A) Estos equipos serán automáticos, es decir, controlarán y registrarán los parámetros de fusión de forma totalmente automática. Se considerarán automáticas aquellas máquinas de termofusión a tope en las que, siendo manual la aplicación de la placa calefactora, el control y registro sean automáticos Dispondrán de un sistema que registre los datos de las uniones, los cuales serán transferibles a PC o directamente a impresora. Las máquinas de soldar cumplirán el reglamento de homologación de equipos de electrofusión RHMSEL-PE y el reglamento de homologación de equipos de termofusión a tope RHMSTO-PE, ambos de SEDIGAS, accesibles en la página web www.sedigas.es en el apartado Homologación de Equipos de Soldadura de PE. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 64 de 69 Las máquinas serán aptas para realizar uniones de tubos (según EM-011-E) y accesorios polivalentes (según EM-042-E), o uniones por electrofusión (según EM-041-E), de las siguientes características: Termofusión a tope (*) Diámetro Clase PE SDR 110 ≤ DN ≤ 315 PE 80 y PE 100 11 y 17,6 20 ≤ DN ≤ 315 PE 80 y PE100 11 y 17,6 Electrofusión (*) No es imprescindible que las gamas de diámetros y SDR indicadas se puedan unir con una sola máquina 4.4.6.6.1. Requisitos de los equipos por electrofusión Los equipos deberán ser capaces de leer los siguientes datos de entrada: ß Datos del accesorio – Identificación del fabricante – Tipo de accesorio – DN – Coeficiente de compensación de temperatura – Tensión de fusión – Tiempo de fusión (s) – Tiempo de enfriamiento (min) (si éste se incluye en el código de barras) – Resistencia del accesorio (Ohm) – Fecha y lote de fabricación del accesorio (si se incluyen en el código de barras de trazabilidad o en la tarjeta magnética) Los equipos de electrofusión dispondrán de una memoria que sea capaz de almacenar al menos 250 uniones, y de volcar a un PC o a una impresora como mínimo los siguientes datos: ß Datos del equipo – Número de serie del equipo – Fecha de la última revisión ß Datos de la unión – Número de la unión (para cada soldadura) – Fecha de realización – Hora de realización – Datos del código de barras del carné del soldador – Identificación de la obra ß Datos de los componentes a unir – Marca o fabricante – Tipo de accesorio – DN – Valor leído de la resistencia en el código de barras Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 65 de 69 ß Datos del ciclo de fusión – Temperatura ambiente; – Valor medido de la resistencia; – Tensión del primario; – Tensión de salida; – Tiempo de fusión (s); – Resultado de la fusión (correcta / incorrecta y posibles errores). 4.4.6.6.2. Requisitos de los equipos de termofusión a tope Los equipos de electrofusión dispondrán de una memoria que sea capaz de almacenar al menos 250 uniones, y de volcar a un PC o a una impresora como mínimo los siguientes datos: ß Datos del equipo – Número de serie de la máquina – Fecha de la última revisión ß Datos de la unión – Número de la unión – Fecha de realización – Hora de inicio – Hora de finalización – Código del soldador (número de certificado) ß Datos de los componentes a unir – Fabricante (a partir de que las tuberías dispongan de código de barras y sea obligatoria su lectura) – Compuesto (a partir de que las tuberías dispongan de código de barras y sea obligatoria su lectura) – DN – SDR – Clase de PE ß Datos del ciclo de fusión – Temperatura ambiente – Temperatura de la placa calefactora – Presión o fuerza de arrastre – Presión o fuerza de fusión – Resultado de la fusión (correcta / incorrecta y posibles errores) 4.4.7. Tipos de uniones soldadas Los procesos de soldadura utilizables dependen de los materiales de los tubos y/o accesorios a unir, y de si son del mismo o de diferente material. En general, las técnicas de soldadura y, en su caso, los materiales de aportación para su ejecución, deben cumplir con unas características mínimas de temperatura y tiempo de aplicación, resistencia a la tracción, resistencia a la presión y al gas distribuido, etc., y deben ser adecuadas a los materiales a unir. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 66 de 69 En la realización de las soldaduras deben seguirse las instrucciones del fabricante de los tubos, de los accesorios y del material de aportación, teniendo especial precaución en la limpieza previa de las superficies a soldar, en la utilización del decapante adecuado al tipo de soldadura y en la eliminación de los residuos del fundente. Las uniones soldadas deben ser siempre por soldadura fuerte en los tramos con 0,05 < MOP ≤ 5 bar, así como en los tramos que discurran por garajes o aparcamientos. La soldadura blanda sólo puede utilizarse en las tuberías con MOP ≤ 0,05 bar de instalaciones que suministren a locales destinados a usos domésticos. No debe utilizarse aleación de estaño-plomo como material de aportación, excepto en la unión de tubo de plomo existente con tubo de cobre o accesorio de aleación de cobre. No debe utilizarse el abocardado del tubo de cobre para soldar por capilaridad, excepto en la construcción de baterías de contadores centralizados, siempre que, una vez realizada la unión soldada, el espesor resultante sea como mínimo el espesor del tubo. No se debe realizar la extracción de la tubería principal para soldar derivaciones, excepto en los módulos de centralización de contadores, en los que la extracción de la misma se realizará conforme a la UNE 60490. Los diferentes tipos de uniones mediante soldadura se exponen a continuación. 4.4.7.1. Unión polietileno – polietileno (sólo categoría A) Las uniones de los tubos y accesorios de PE deben realizarse mediante soldadura por electrofusión o por termofusión a tope, que sean compatibles con los tubos y accesorios a unir. 4.4.7.2. Unión cobre - cobre o aleación de cobre Las uniones de los tubos de cobre deben realizarse mediante soldadura por capilaridad, a través de accesorios adecuados de cobre o de aleación de cobre y utilizando materiales de aportación que estén de acuerdo a la Norma UNE-EN 1044 en soldadura fuerte y a la Norma UNE-EN 29453 en soldadura blanda. Fuente: Gas natural SDG Cobre Cobre Aleación de cobre Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 67 de 69 El punto de fusión mínimo debe ser de 450 ºC para la soldadura por capilaridad fuerte, y de 220 ºC para la soldadura blanda. 4.4.7.3. Unión acero - acero Las uniones de los tubos y accesorios de acero deben realizarse mediante soldadura eléctrica al arco, o también con soldadura oxiacetilénica para diámetros nominales inferiores o iguales a DN 50. Acero Fuente: Gas natural SDG Acero 4.4.7.4. Unión acero inoxidable - acero inoxidable Las uniones de los tubos de acero inoxidable deben realizarse mediante soldadura por capilaridad, a través de accesorios adecuados de acero inoxidable o de aleación de cobre, o bien a tope directamente entre tubos, y utilizando materiales de aportación que estén de acuerdo a la Norma UNE-EN 1044 en soldadura fuerte y la Norma UNE-EN 29453 en soldadura blanda. Acero inoxidable Acero inoxidable Fuente: Gas natural SDG El punto de fusión mínimo debe ser de 450 °C para la soldadura por capilaridad fuerte, y de 220 °C para la soldadura blanda. 4.4.7.5. Unión cobre o aleación de cobre – acero o acero inoxidable No se permite la unión directa de tubos de cobre y acero o acero inoxidable. La unión de un tubo o accesorio de cobre con un tubo o accesorio de acero, debe realizarse intercalando un accesorio de aleación de cobre. La unión de dicho accesorio de aleación de cobre con un tubo o accesorio de acero, debe realizarse por soldadura fuerte a tope por bordón, con material de aportación de aleación de cobre y punto de fusión mínimo de 850 ºC. Aleación de cobre Cobre Fuente: Gas natural SDG Acero o acero inoxidable Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 68 de 69 La unión de accesorios de aleación de cobre a tubos de cobre y de acero inoxidable, debe realizarse con las mismas técnicas de soldadura que para tubos de cobre o tubos de acero inoxidable 4.4.7.6. Unión cobre o aleación de cobre - plomo Este tipo de uniones deben realizarse mediante soldadura de estaño-plomo. La aleación del material de aportación debe garantizar una temperatura de fusión superior a 200 ºC. El uso de este tipo de unión queda limitado exclusivamente a ampliaciones o modificaciones de instalaciones receptoras que ya estén en servicio, siempre que no estén suministradas por encima de 0,05 bar de presión y estén en locales destinados a usos domésticos Plomo Cobre 4.4.7.7. Unión acero o acero inoxidable - plomo. No debe realizarse la unión directa de tubos de plomo y acero o acero inoxidable. Debe intercalarse siempre un manguito de aleación de cobre. El uso de este tipo de unión queda limitado exclusivamente a ampliaciones o modificaciones de instalaciones receptoras que ya estén en servicio, siempre que no estén suministradas por encima de 0,05 bar de presión y estén en locales destinados a usos domésticos. Plomo Aleación de cobre Acero 4.4.7.7.1. Injertos en tubos de acero (sólo categorías B y A) La utilización generalizada de los tubos de acero en instalaciones de gas, requiere el empleo de injertos, para los cuales se utilizará la soldadura oxiacetilénica a la eléctrica. La mayoría de los injertos consisten en realizar una derivación de un tubo mediante otro de inferior tamaño. El procedimiento para la realización de un injerto es la siguiente: 1. Se rebaja la boca del tubo a insertar dándole la forma de la curva del tubo base. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 4. Materiales, uniones y accesorios Revisión 0 Octubre 2008 Página 69 de 69 2. Una vez comprobada la exactitud de la boca rebajada, se asienta sobre el lugar en el cual debe realizarse el injerto, que previamente ha sido pintado con tiza, procediendo a trazar el contorno con una punta de trazar. 3. Se corta con el soplete la zona marcada, cuidando de no salirse del trazado, para no agrandar el agujero. 4. Una vez realizado el agujero, se eliminan las rebabas, procurando que no caigan en el interior del tubo. 5. Se introduce el tubo a injertar dentro del agujero, procurando que quede a ras del diámetro interior del tubo base, de forma que no obstruya el flujo del gas. 6. Se aplica un punto de soldadura, y una vez comprobado que el ángulo que forman ambos tubos es el correcto, se fijan mediante otros puntos de soldadura. 7. Siempre que la instalación lo permita, el soldeo de injertos debe realizarse en posición vertical, para que la soldadura se realice horizontalmente. Una vez realizada la soldadura, debe procederse a la comprobación del cordón, y corregir los defectos antes del montaje definitivo de la pieza. A este tipo de injerto se le denomina recto o normal. En el injerto curvo o pata de gallo, el tubo a injertar esta curvo, por lo que la sección de la unión es mayor que la del injerto recto, lo cual facilita la circulación del gas. La siguiente figura nos lo muestra: Injerto curvo Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 5. Instalación de tuberías, pruebas y ensayos Revisión 0 Octubre 2008 Página 1 de 37 Parte 5 Instalación de tuberías, pruebas y ensayos Preparado: E. Alberto Hernández Martín Responsable Calidad Revisado: Ana María García Gascó Director de certificación Aprobado: Ana María García Gascó Secretaria Consejo de Administración Firma y fecha: 2008.10.16 Firma y fecha: 2008.10.20 Firma y fecha: 2008.10.24 Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 5. Instalación de tuberías, pruebas y ensayos Revisión 0 Octubre 2008 Página 2 de 37 Índice 5.1. Introducción ............................................................................................................................. 4 5.2. Modalidades de ubicación de tuberías ...................................................................................... 5.2.1. Clasificación .................................................................................................................. 5.2.2. Generalidades ............................................................................................................... 5.2.3. Tuberías vistas................................................................................................................ 5.2.3.1. Prescripciones de instalación de tuberías vistas ................................................. 5.2.3.2. Cambios de dirección ...................................................................................... 5.2.3.3. Posición relativa respecto a otros servicios ........................................................ 5.2.3.4. Sujeción de las tuberías ................................................................................... 5.2.3.5. Distancias de las tuberías a paredes y techos .................................................... 5.2.3.6. Previsión de efectos por dilatación ................................................................... 5.2.3.7. Protección contra la corrosión .......................................................................... 5.2.3.8. Pintado y señalización...................................................................................... 5.2.3.9. Instalación de tallos normalizados (sólo categorías B y A) ............................. 5.2.4. Tuberías alojadas en vainas o conductos ........................................................................ 5.2.4.1. Generalidades ................................................................................................. 5.2.4.1.1. Para protección mecánica de tuberías (sólo categorías B y A) ................................................................. 5.2.4.1.2. Para ventilación de tuberías............................................................. 5.2.4.1.3. Para tuberías que suministran a armarios empotrados de regulación y/o de contadores (sólo categorías B y A) ............... 5.2.4.1.4. Para tuberías situadas en el suelo o subsuelo ................................... 5.2.4.2. Materiales de las vainas y conductos según su función ..................................... 5.2.4.3. Requisitos de las vainas.................................................................................... 5.2.4.4. Requisitos de los conductos ............................................................................. 5.2.4.5. Instalación de tuberías alojadas en vainas o conductos ..................................... 5.2.5. Tuberías enterradas con MOP ≤ 5 bar (sólo categorías A) ............................................ 5.2.5.1. Consideraciones generales............................................................................... 5.2.5.2. Instalación de tuberías enterradas .................................................................... 5.2.5.2.1. Profundidad de enterramiento y protecciones. ................................ 5.2.5.2.2. Protección contra la corrosión externa ............................................. 5.2.5.2.3. Construcción .................................................................................. 5.2.5.2.4. Cualificación del personal que realiza la instalación de conducciones de polietileno ............................................................ 5.2.6. Tuberías empotradas...................................................................................................... 5.2.7. Prescripciones específicas para tuberías con mop superior a 0,4 bar e inferior o igual a 5 bar (sólo categorías B y A) ........................................................................... 4 4 4 6 6 7 7 8 9 10 10 10 10 11 11 11 13 14 14 15 15 16 16 18 18 18 18 21 21 22 23 23 5.3. Elementos de regulación de presión .......................................................................................... 24 5.3.1. Instalaciones suministradas desde redes de distribución de gas canalizado ..................... 24 5.3.1.1. Ubicación e instalación de los conjuntos de regulación (sólo categorías B y A).................................................................................. 24 Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 5. Instalación de tuberías, pruebas y ensayos Revisión 0 Octubre 2008 Página 3 de 37 5.3.1.2. Ubicación e instalación de los reguladores con mop de entrada hasta 0,4 bar y mop de salida hasta 0,05 bar. ........................................................... 5.3.1.3. Ubicación e instalación de válvulas de seguridad por defecto de presión .......... 5.3.1.4. Tomas de presión ............................................................................................. 5.3.2. Instalaciones suministradas desde depósitos fijos o móviles de glp de carga unitaria superior a 15 kg (sólo categorías B y A) ......................................................... 5.3.3. Instalaciones suministradas desde depósitos móviles de glp de carga unitaria inferior o igual a 15 kg .................................................................................................. 27 28 29 29 30 5.4. Dispositivos de corte (llaves) ................................................................................................... 5.4.1. Válvula (llave) de acometida .......................................................................................... 5.4.2. Llave de edificio (sólo categorías B y A) ...................................................................... 5.4.3. Llave de regulador ......................................................................................................... 5.4.4. Llave de montante colectivo (sólo categorías B y A).................................................... 5.4.5. Llave de usuario (sólo categorías B y A) ...................................................................... 5.4.6. Llave de contador .......................................................................................................... 5.4.7. Llave de vivienda o de local privado ............................................................................... 5.4.8. Llave de conexión de aparato ........................................................................................ 5.4.9. Casos en que una llave integrante de la instalación común o individual puede ejercer varias funciones ................................................................................................. 31 31 31 32 32 32 32 32 32 5.5. Pruebas para la entrega de la instalación receptora .................................................................... 5.5.1. Pruebas en tramos vistos, empotrados o alojados en vainas o conductos ....................... 5.5.1.1. Consideraciones generales............................................................................... 5.5.1.2. Prueba de estanquidad en los diferentes tramos de la instalación receptora ..... 5.5.1.3. Comprobación de la estanquidad en conjuntos de regulación y en contadores ...................................................................................................... 5.5.2. Pruebas en tramos enterrados (sólo categorías A) ........................................................ 5.5.2.1. Prueba de resistencia mecánica ........................................................................ 5.5.2.2. Prueba de estanquidad .................................................................................... 5.5.2.3. Prueba conjunta de resistencia y estanquidad .................................................. 33 33 33 34 33 35 35 36 37 37 Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 5. Instalación de tuberías, pruebas y ensayos Revisión 0 Octubre 2008 Página 4 de 37 5.1. INTRODUCCIÓN En el presente capítulo, se indican las modalidades y condiciones de ubicación de las tuberías de gas de instalaciones receptoras con MOP hasta 5 bar, así como las condiciones de ubicación de los conjuntos de regulación y la situación de las válvulas de seccionamiento, de la acometida interior, de la instalación común y de la instalación individual. 5.2. MODALIDADES DE UBICACIÓN DE TUBERÍAS 5.2.1. Clasificación Según su ubicación, las tuberías se clasifican en: ß Vistas: Cuando el trayecto es visible en todo su recorrido. ß Alojadas en vainas o conductos: Cuando discurren por el interior de vaina o conducto. ß Enterradas: Cuando están alojadas directamente en el subsuelo. ß Empotradas: Cuando están alojadas directamente en el interior de un muro o pared. Gas Vaina ventiladora Pared Tubería de gas Gas Elementos de sujeción Tuberías vistas Tuberías empotradas Tuberías empotradas Fuente: Gas natural SDG Tuberías enterradas 5.2.2. Generalidades Como criterio general, las instalaciones de gas se deben construir de forma que las tuberías sean vistas o alojadas en vainas o conductos, para poder ser reparadas o sustituidas total o parcialmente en cualquier momento de su vida útil, a excepción de los tramos que deban discurrir enterrados. Cuando las tuberías (vistas o enterradas) deban atravesar muros o paredes exteriores o interiores de la edificación, deben protegerse con pasamuros adecuados. Tubería de gas Pasta no endurecible de relleno Fuente: Gas natural SDG Pared o muro Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 5. Instalación de tuberías, pruebas y ensayos Revisión 0 Octubre 2008 Página 5 de 37 Las tuberías pertenecientes a la instalación común deben discurrir por zonas comunitarias del edificio (fachada, azotea, patios, vestíbulos, caja de escalera, etc.). Las tuberías de la instalación individual deben discurrir por zonas comunitarias del edificio, o por el interior de la vivienda o local al que suministran. Cuando en algún tramo de la instalación receptora no se puedan cumplir estas condiciones, debe adoptarse en él la modalidad de “tuberías alojadas en vainas o conductos”. Centralización de contadores Patio Fuente: Gas natural SDG Patio 1. Locales o zonas destinados a usos comunitarios. 2. Vivienda. 3. Local destinado a usos colectivos o comerciales. El paso de tuberías no debe transcurrir por el interior de (sólo categorías B y A): ß Huecos de ascensores o montacargas; ß Locales que contengan transformadores eléctricos de potencia; ß Locales que contengan recipientes de combustible líquido (a estos efectos, los vehículos a motor o un depósito nodriza no tienen la consideración de recipientes de combustible líquido); ß Conductos de evacuación de basuras o productos residuales; ß Chimeneas o conductos de evacuación de productos de la combustión; ß Conductos o bocas de aireación o ventilación, a excepción de aquellos que sirvan para la ventilación de locales con instalaciones y/o equipos que utilicen el propio gas suministrado. No debe utilizarse el alojamiento de tuberías dentro de los forjados que constituyan el suelo o techo de las viviendas o locales. Revisión 0 Octubre 2008 Página 6 de 37 Fuente: Gas natural SDG Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 5. Instalación de tuberías, pruebas y ensayos 5.2.3. Tuberías vistas 5.2.3.1. Prescripciones de instalación de tuberías vistas Las tuberías deben quedar convenientemente fijadas a elementos sólidos de la construcción mediante accesorios de sujeción, para soportar el peso de los tramos y asegurar la estabilidad y alineación de la tubería. Los elementos de sujeción deben ser desmontables, quedar convenientemente aislados de la conducción y permitir las posibles dilataciones de las tuberías. A título orientativo, la separación máxima entre los elementos de sujeción de las tuberías, considerando ésta como la separación entre dos soportes o entre soporte y llave de paso, en función del diámetro, deberían ser los expresados en la siguiente tabla: Diámetro nominal tubería Separación máxima entre elementos de sujección (m) DN (mm) DN (”) Tramo horizontal Tramo vertical DN ≤ 15 DN ≤ ½” 1,0 1,5 15 < DN ≤ 28 ½” < DN ≤ 1” 1,5 2,0 28 < DN ≤ 42 1” < DN ≤ 1 ½” 2,5 3,0 DN > 42 DN > 1 ½” 3,0 3,5 (al menos una sujeción por planta) Las distancias mínimas de separación de una tubería vista a conducciones de otros servicios (conducción eléctrica, de agua, vapor, chimeneas, mecanismos eléctricos, etc.), deben ser de 3 cm en curso paralelo y de 1 cm en cruce. La distancia mínima al suelo debe ser de 3 cm. Estas distancias se miden entre las partes exteriores de los elementos considerados (conducciones o mecanismos). No debe haber contacto entre tuberías, ni de una tubería de gas con estructuras metálicas del edificio. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 5. Instalación de tuberías, pruebas y ensayos Chimenea o conducto de evacuación de los productos de la combustión Conducción de vapor Curso paralelo. Distancia mínima: 3 cm Cruce. Distancia mínima: 1 cm Conducción eléctrica o de agua Gas Fuente: Gas natural SDG Gas Cruce paralelo. Distancia mínima: 3 cm Revisión 0 Octubre 2008 Página 7 de 37 Cruce paralelo. Distancia mínima: 3 cm Cruce. Distancia mínima: 3 cm Cruce. Distancia mínima: 1 cm Cerca de la llave de montante y en todo caso al menos una vez en zona comunitaria, se debe señalizar la tubería adecuadamente con la palabra “gas” o con una franja amarilla situada en zona visible. Para las tuberías vistas no puede utilizarse tubo de polietileno. 5.2.3.2. Cambios de dirección Los cambios de dirección de tuberías de acero podrán realizarse, preferentemente, mediante un accesorio de acero, con la curvatura adecuada, con uniones por soldadura a la tubería o por curvado directo del tubo en frío, debiendo utilizar preferentemente tubo de acero sin soldadura hasta un diámetro nominal de 2” y mediante un sistema de curvado que asegure la continuidad del diámetro y del espesor del tubo. Los cambios de dirección de tuberías de cobre en estado duro y de acero inoxidable se realizarán mediante accesorios con uniones por soldadura por capilaridad a la tubería. En caso que sea imprescindible y hasta DN 18, podrá realizarse el curvado del tubo de Cu o Ac inox. en frío mediante máquina curvadora, asegurando que se mantiene el diámetro interior en la zona de curvado. Los cambios de dirección de tubo de cobre en estado recocido (conexión de aparatos y tuberías enterradas) deberá realizarse con técnicas que aseguren que se mantiene tanto el diámetro interior de la tubería como el espesor del tubo en la zona de doblado. 5.2.3.3. Posición relativa respecto a otros servicios Cuando se instalen en el mismo plano vertical conducciones de agua, gas y electricidad, la situación relativa de las tres conducciones que se recomienda, respetando las distancias, será la siguiente: Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 5. Instalación de tuberías, pruebas y ensayos Revisión 0 Octubre 2008 Página 8 de 37 Techo Gas Electricidad Suelo Fuente: Gas natural SDG Agua 5.2.3.4. Sujeción de las tuberías Las tuberías que componen una instalación vista deben quedar conveniente sujetas para alinear convenientemente la conducción y mantener su estabilidad. Las tuberías de gas necesitan disponer de elementos de sujeción en los tramos horizontales y verticales que cumplan lo prescrito en el capítulo 4. Los elementos de sujeción deben aislarse convenientemente cuando se instalen en el exterior, aunque es conveniente que se aíslen también los situados en el interior de locales. Fuente: Gas natural SDG Asimismo, cuando se considere necesario, podrán tener unos puntos fijos que habrán de servir de anclaje de la tubería para que los esfuerzos por dilatación se originen a partir de ellos, construyéndose soldando a la tubería un elemento robusto que posteriormente se acoplará mediante tornillos a un soporte anclado a una pared o techo. Para tubería de acero, se podrá utilizar como sustitución del elemento soldado la utilización de dos abrazaderas (tipo varilla curvada) separadas entre sí la distancia equivalente a un diámetro de la tubería, de manera que quede firmemente sujeta a dos soportes anclados en la pared. Fuente: Gas natural SDG Aislamiento de elastómero Tanto en los tramos verticales como en los horizontales estos elementos de sujeción serán abrazaderas, aunque en los tramos que discurran por garajes o aparcamientos podrán ser sopor- Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 5. Instalación de tuberías, pruebas y ensayos Revisión 0 Octubre 2008 Página 9 de 37 tes-guía cerrados en los tramos horizontales y soportes de apoyo sin guía en los cambios de dirección de los tramos horizontales. Debe preverse un elemento de sujeción lo más cerca posible de las conexiones de las llaves de corte, a no ser que éstas lo lleven incorporado, de los reguladores, de las válvulas de seguridad por defecto de presión y de los elementos y accesorios en general pertenecientes a la instalación. Tanto las abrazaderas como los soportes guía cerrados no deben ejercer una fuerte presión sobre la tubería una vez han sido apretados, sino que deben apretar lo justo para soportarla. 5.2.3.5. Distancias de las tuberías a paredes y techos Para facilitar las operaciones de limpieza, revisión y mantenimiento, es recomendable que las tuberías estén separadas una cierta distancia de paredes y techos, y a continuación se indican cuales son las distancias mínimas aconsejables en cada caso: ß Distancia a paredes y a techos: La distancia de separación entre una tubería de gas y una pared en la que se instale discurriendo paralelamente a la misma es conveniente que sea, como mínimo, la equivalente a su radio exterior y no inferior a 10 mm. La distancia de separación entre una tubería de gas y un techo en el que se instale discurriendo paralelamente al mismo es conveniente que sea, como mínimo, de 10 mm. Fuente: Gas natural SDG Techo mín. 10 mm Pared d/2 d ß Distancia a rincones: Se considera rincón cuando el ángulo que forman dos paredes contiguas, o el techo y una pared, sea menor de 135º. Los rincones pueden ser verticales, cuando estén formados por dos paredes, y horizontales, cuando estén formados por pared y techo. Cuando una tubería de gas se instale paralela a un rincón vertical, las separaciones mínimas es conveniente que sean de 1 radio de la tubería a una pared y de 2 radios de la tubería respecto a la pared contigua. Cuando una tubería de gas se instale paralela a un rincón horizontal, las separaciones mínimas es conveniente que sean de 10 mm al techo y 2 radios de la tubería a la pared. Rincón vertical Rincón horizontal elevado Pared Pared ≤ 135º Techo d/2 d/2 mín. 10 min. Fuente: Gas natural SDG Pared d Pared d d d Pared d d Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 5. Instalación de tuberías, pruebas y ensayos Revisión 0 Octubre 2008 Página 10 de 37 Excepcionalmente, y para evitar excesivos cambios de dirección en la instalación, se aconseja que el contacto con los pilares o relieves que no sean metálicos en longitudes que no superen los 70 cm. Relieve no metálico Zona de contacto ≤ 70 cm Fuente: Gas natural SDG Techo 5.2.3.6. Previsión de efectos por dilatación Cuando las tuberías de gas se instalen por el interior de garajes o por espacios sometidos a radiación solar directa o a saltos térmicos o estacionales muy fuertes (ΔT>35 ºC), deberá diseñarse la instalación receptora teniendo en cuenta que es conveniente dotarlas de una mayor protección ante dilataciones importantes de la tubería, por lo que debe preverse un trazado que permita la deformación de las conducciones por efecto de la dilatación sin llegar a romperlas. Para ello, deberán existir los cambios de dirección necesarios para absorber las dilataciones producidas, o en caso de que ello no fuera posible, corregir los efectos mediante compensadores de dilatación. 5.2.3.7. Protección contra la corrosión Las tuberías de acero que no estén galvanizadas deberán estar convenientemente protegidas contra la corrosión, mientras que ello no será necesario para tuberías de acero inoxidable o de cobre. Para realizar una correcta protección contra la corrosión de tuberías de acero no galvanizadas se ha de realizar, como mínimo, lo siguiente: ß Limpieza mecánica o manual para desprender el óxido y la suciedad adherida. ß Cepillado y desengrasado de la tubería. ß Aplicación de una imprimación anticorrosivo adecuada. ß Aplicación de una pintura de acabado para exteriores. 5.2.3.8. Pintado y señalización Para disimular al máximo su paso por zonas comunitarias, patios o fachadas, o por el interior de las viviendas, las tuberías deben estar convenientemente pintadas de un color lo más parecido posible al muro que las soporta, debiendo identificarse con franjas de color amarillo o la palabra “GAS” en las zonas donde pueda confundirse con otros servicios, y al menos una vez en la instalación común, lo más cerca posible de la llave de montante, si existe, o en una zona visible. Las tuberías cobre y de acero inoxidable no es necesario que se pinten, pero si es necesario que se señalicen convenientemente cuando sea necesario. 5.2.3.9. Instalación de tallos normalizados (sólo categorías B y A) La instalación de los tallos normalizados, se realizará de la siguiente manera: ß Unir mediante soldadura el tramo visto de acero o cobre, según el caso, del tallo a la tubería ascendente, teniendo en cuenta que el tramo de polietileno ha de quedar enterrado y la vaina protectora del enlace de transición PE-Ac o PE-Cu ha de quedar una parte enterrada y la otra vista. ß Dejar preparada la instalación para que se realice la soldadura de conexión del tallo de polietileno con el tramo proveniente de la llave de acometida o de la llave de edificio. Para ello, Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 5. Instalación de tuberías, pruebas y ensayos Revisión 0 Octubre 2008 Página 11 de 37 se deberá proteger convenientemente el tubo de polietileno para que no quede expuesto a golpes o choques ni directamente a la acción de la luz. Soldadura: Cobre-cobre Acero-acero Tramo ascendente de la instalación receptora de cobre o acero Fuente: Gas natural SDG Tallo normalizado de cobre o acero 5.2.4. Tuberías alojadas en vainas o conductos 5.2.4.1. Generalidades Las tuberías alojadas en el interior de vainas o conductos deben ser continuas o bien estar unidas mediante soldaduras y no pueden disponer de órganos de maniobra, en todo su recorrido por la vaina o conducto. Esta modalidad puede utilizarse para ocultar tuberías por motivos decorativos. Gas Conducto ventilado Vaina continua ventilada por ambos extremos al exterior de la cámara Tubería de gas Fuente: Gas natural SDG Cámara cerrada Conducto ventilado por ambos extremos al exterior de la cámara Gas Rejilla de ventilación Cámara cerrada Esta forma de ubicación de tuberías debe utilizarse en los casos siguientes: 5.2.4.1.1. Para protección mecánica de tuberías (sólo categorías B y A) Cuando las tuberías sean de cobre y discurran por fachadas exteriores, deben protegerse mecánicamente con vainas o conductos hasta una altura mínima de 1,80 m respecto al nivel del suelo. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 5. Instalación de tuberías, pruebas y ensayos Revisión 0 Octubre 2008 Página 12 de 37 Fuente: Gas natural SDG Vaina de acero Cuando tengan que protegerse las tuberías de golpes fortuitos, o cuando deban discurrir por zonas de circulación y/o estacionamiento de vehículos susceptibles de recibir impactos o choques de éstos. Conducto de obra (e ≥ 5 cm) Fuente: Gas natural SDG Conducto metálico (e ≥ 1,5 mm) Además de las vainas y conductos, para la protección mecánica de tuberías se pueden utilizar estructuras o perfiles metálicos adecuados a tal fin. Esta protección puede realizarse mediante una estructura realizada mediante tubos de acero de diámetro exterior no inferior a 40 mm doblados en forma de U y empotrados en la pared por sus extremos, formando aros de protección que rodeen la tubería hasta una altura mínima de 1 m. La distancia mínima de separación de la mencionada protección a la tubería será igual o superior a 50 mm y la separación entre centros de dos aros protección consecutivos será de 25 cm, por lo que se necesitarán, como mínimo, 4 aros de protección. Tubo de acero 50 mm 0,25 0,25 ≥1m ø ext 40 mm 0,25 Tubo de acero 0,25 Fuente: Gas natural SDG Protección contra vehículos Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 5. Instalación de tuberías, pruebas y ensayos Revisión 0 Octubre 2008 Página 13 de 37 5.2.4.1.2. Para ventilación de tuberías Cuando las tuberías deban transcurrir por: ß Un primer sótano, excepto en el caso de tuberías con MOP igual o inferior a 50 mbar de gases menos densos que el aire que discurran por sótanos suficientemente ventilados; a los efectos de este apartado se entiende como suficientemente ventilado aquel que cuenta por lo menos con dos aberturas directas de comunicación con el exterior, cada una con una superficie libre mínima de 200 cm2, separadas verticalmente por una diferencia de nivel mínima de 2 m y situadas en paredes opuestas. Si la ventilación al exterior se realiza por un conducto de más de 3 m de longitud, se debe incrementar en un 50% la superficie de las aberturas de ventilación. (sólo categorías B y A). Exterior o patio de ventilación Exterior o patio de ventilación Soldado Vaina o conducto metálico Vaina o conducto metálico Primer sótano Primer sótano Patio de ventilación Espacio o local no destinado a vivienda Acera Sótano suficientemente ventilado S S Separación horizontal ≥ 2 m ≥2m S Fuente: Gas natural SDG S Sótano suficientemente ventilado • 2 aberturas al exterior situadas en paredes opuestas separadas verticalmente 2 m, con: S ≥ 200 cm2 • Si la ventilación se hace por conducto de L cond > 3 m: S cond (cm2) ≥ 1,5 · S Planta (A m2) ß Cavidades o huecos de la edificación (altillos, falsos techos, cámaras sanitarias o similares). Fuente: Gas natural SDG Tubo de gas Vainas para ventilación de la tubería Conducto para ventilación de la tubería Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 5. Instalación de tuberías, pruebas y ensayos Revisión 0 Octubre 2008 Página 14 de 37 Fuente: Gas natural SDG ß El interior de locales o viviendas a las que no suministran. 5.2.4.1.3. Para tuberías que suministran a armarios empotrados de regulación y/o de contadores (sólo categorías B y A) Cuando los armarios que contienen los reguladores o conjuntos de regulación y/o los contadores de gas se instalen empotrados en muros de fachada o límites de propiedad y la tubería de entrada al armario se realice en polietileno. Tubo PE Longitud del empotramiento ≤ 2,5 m Fuente: Gas natural SDG Vaina 0,50 ≤ d ≤ 1,5 m 5.2.4.1.4. Para tuberías situadas en el suelo o subsuelo Cuando las tuberías deban alojarse, porque no haya otra alternativa: ß Entre el pavimento y el nivel superior del forjado de locales interiores del edificio Gas Vaina Forjado Relleno Fuente: Gas natural SDG Pavimento Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 5. Instalación de tuberías, pruebas y ensayos Revisión 0 Octubre 2008 Página 15 de 37 ß En el subsuelo exterior, cuando exista un local debajo de ellas cuyo nivel superior del forjado esté próximo a la tubería (sólo categorías B y A). Gas Fuente: Gas natural SDG Relleno de tierra Vaina Pavimento Forjado Local 5.2.4.2. Materiales de las vainas y conductos según su función Las vainas y conductos deben construirse en cada caso utilizando los materiales indicados en la tabla siguiente, según la función a que estén destinados. Función Protección mecánica de tuberías Ventilación de tuberías en sótanos* Ventilación de tuberías en el resto de casos* Material de vainas Material de conductos – Acero con espesor mínimo de 1,5 mm – Materiales metálicos (acero, cobre, etc.) – Otros materiales de similar resistencia mecánica – De obra (espesor mínimo 5 cm) – Materiales metálicos (acero, cobre, etc.) – Materiales metálicos (acero, cobre, etc.) – Materiales metálicos (acero, cobre, etc.) – Materiales metálicos (acero, cobre, etc.) – Materiales metálicos (acero, cobre, etc.) – De obra Acceso a armarios de regulación y contadores – Materiales metálicos (acero, cobre, etc.) Tuberías situadas en el suelo o subsuelo – Materiales metálicos (acero, cobre, etc.) * En estos casos, el material debe asegurar la estanquidad Si una vaina o conducto tiene que realizar varias funciones a la vez, el material de la misma debe cumplir los requisitos específicos de ambas funciones. 5.2.4.3. Requisitos de las vainas Las vainas deben ser continuas en todo su recorrido. Las vainas deben quedar convenientemente fijadas mediante elementos de sujeción. Cuando la vaina sea metálica, no puede estar en contacto con las estructuras metálicas del edificio ni con otras tuberías, y debe ser compatible con el material de la tubería, a efectos de evitar la corrosión. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 5. Instalación de tuberías, pruebas y ensayos Revisión 0 Octubre 2008 Página 16 de 37 Cuando su función sea la ventilación de tuberías, los dos extremos de la vaina deben comunicar con el exterior del recinto, zona o cámara que atraviesa (o bien uno sólo, debiendo estar entonces el otro sellado a la tubería). 5.2.4.4. Requisitos de los conductos Los conductos deben ser continuos en todo su recorrido, si bien pueden disponer de registros para el mantenimiento de las tuberías. Estos registros deben ser estancos con accesibilidad de grado 2 ó 3. Cuando el conducto sea metálico, no debe estar en contacto con las estructuras metálicas del edificio ni con otras tuberías y debe ser compatible con el material de la tubería, a efectos de evitar la corrosión. Cuando su función sea la ventilación de tuberías, los dos extremos del conducto deben comunicar con el exterior del recinto, zona o cámara que atraviesa (o bien uno sólo, debiendo estar entonces el otro sellado a la tubería). 5.2.4.5. Instalación de tuberías alojadas en vainas o conductos La tubería que se aloje en el interior de una vaina o conducto, ya sea para darle protección mecánica, para realizar la ventilación o para atravesar paredes o muros, debe cumplir las características que se indican en el capítulo 4, y ha de procurarse que no quede en contacto con la vaina o conducto, y en ningún caso deberá hacer contacto si la vaina o conducto es metálica. La vaina debe quedar convenientemente sujeta a la pared o techo por el que se instala paralelamente la tubería o al cual atraviesa. Si se instala paralelamente, se sujetará la vaina a la pared o techo con abrazaderas para el diámetro y material de la misma, y si la vaina atraviesa la pared o el techo, deberá inmovilizarse rellenando el hueco resultante entre la pared o techo y la vaina mediante un material de construcción adecuado, como puede ser mortero de cemento, yeso, etc., a ser posible sin retracción de fraguado. Pared o techo Pared o techo Tubería Vaina Abrazaderas No debe existir contacto entre la tubería y la vaina Vaina Relleno del hueco mediante material de construcción adecuado (mortero de cemento, yeso, etc. a ser posible sin retracción de fraguado) Fuente: Gas natural SDG Tubería de gas Cuando una vaina atraviese una cámara, cielo raso, falsos techos o similares, es conveniente que los extremos de la misma sobresalgan 1 cm de la pared, a excepción de las vainas pasamuros que podrán quedar a ras de pared. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 5. Instalación de tuberías, pruebas y ensayos Fuente: Gas natural SDG Tubería de gas Revisión 0 Octubre 2008 Página 17 de 37 Vaina 1 cm 1 cm Cuando atraviese un techo o perpendicularmente una cámara o cielo raso, es conveniente que la vaina sobresalga por su parte inferior 1 cm y por su parte superior 10 cm como mínimo si accede a un local y 30 cm como mínimo si accede al aire libre, debiendo en este último caso estar protegida contra la entrada de agua de lluvia. Local al aire libre Local cubierto d ≥ 0,30 m Fuente: Gas natural SDG d ≥ 0,10 m 1 cm 1 cm Las tuberías que se alojen en el interior de un conducto no deben tocarse y es conveniente que estén separadas entre si y a las superficies interiores del conducto una distancia mínima equivalente al diámetro exterior de la tubería, con un mínimo de 20 mm. Aunque no está limitado el número de tubos que puede contener un conducto, es conveniente que éstos se instalen paralelos en un mismo plano y que la sección transversal del conducto no sea superior a 0,3 m2. Fuente: Gas natural SDG Conducto Tuberías de gas No hay limitación del número de tubos que contiene Sección transversal limitada a 0,30 m2 Si un conducto, además de realizar las funciones de ventilación de las tuberías, tiene a su vez la finalidad de realizar la ventilación de un recinto, por ejemplo de un local técnico de centralización de contadores, su sección libre deberá ser, como mínimo, la exigida para cada caso. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 5. Instalación de tuberías, pruebas y ensayos Revisión 0 Octubre 2008 Página 18 de 37 Para facilitar el mantenimiento o la reparación de las tuberías incluidas en el interior de un conducto, es conveniente realizar en el mismo registros practicables estancos, que deberán tener accesibilidad grado 2 ó 3. Las vainas y conductos metálicos deberán protegerse convenientemente del medio exterior que los rodea antes de su instalación, y en ningún caso podrán quedar en contacto con estructuras metálicas ni con otras tuberías. 5.2.5. Tuberías enterradas con MOP ≤ 5 bar (sólo categoría A) 5.2.5.1. Consideraciones generales No se deben instalar tuberías enterradas directamente en el suelo de las viviendas o locales cerrados destinados a usos no domésticos. Los tramos enterrados de las instalaciones receptoras se deben llevar a cabo según los métodos constructivos y de protección de tuberías fijados para las redes de distribución y acometidas. Se pueden enterrar tubos de polietileno, de cobre o de acero, recomendándose el uso del polietileno en lo referente a tramos de la instalación receptora por el exterior. 5.2.5.2. Instalación de tuberías enterradas Tal como hemos visto en el Cap. 4, apdo. 4.2, aunque la norma en principio aplicable a las instalaciones receptoras de gas suministradas a presión igual o inferior a 5 bar es la UNE 60670, la ITC-IGC 07 dispone que los tramos enterrados se ejecutarán según las normas UNE 60310 (MOP > 5 bar) o UNE 60311 (MOP ≤ 5 bar). El proyectista de instalaciones receptoras debe consultar al titular de la red de distribución el material más conveniente a instalar y el trazado más adecuado, con anterioridad al inicio de los trabajos. Con carácter general, los tramos enterrados de las acometidas interiores se realizarán con polietileno, admitiéndose el cobre y el acero en el caso de acometidas del mismo material. En el caso excepcional de utilización de tuberías de acero enterradas, se deberá instalar el adecuado sistema de protección catódica de acuerdo con el apartado 5.3 de la norma UNE 60311. 5.2.5.2.1. Profundidad de enterramiento y protecciones. a) La profundidad de enterramiento de las canalizaciones deberá ser por lo menos igual a 0’50 metros, medidos entre la generatriz superior de la canalización y la superficie del terreno. Se considerarán profundidades mayores si existe riesgo de que las canalizaciones puedan ser deterioradas a consecuencia de trabajos agrícolas. Bajo las vías férreas, la profundidad será por lo menos de un metro. Tubería de gas Profundidad de enterramiento de las tuberías Fuente: Gas natural SDG Mínimo 0,5 m Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 5. Instalación de tuberías, pruebas y ensayos Revisión 0 Octubre 2008 Página 19 de 37 b) Cuando la canalización esté situada en el interior de una vaina de protección, la profundidad de enterramiento debe medirse a partir de la generatriz superior de la vaina. Distancia mínima a considerar cuando el tubo se encuentra alojado en vaina Vaina Tubería de gas Profundidad de enterramiento de una tubería con vaina de protección c) Cuando por razones justificadas no puedan respetarse las distancias señaladas en los puntos a) y b) y la tubería no haya sido calculada para resistir los esfuerzos mecánicos exteriores a que se encontrará sometida, deberá interponerse entre la tubería y la superficie del terreno losas de hormigón o planchas metálicas que reduzcan las cargas sobre la tubería a valores equivalentes a los que se vería sometida a la profundidad inicialmente prevista. Distancia inferior a la mínima Protección Tubería de gas Protección de las tuberías enterradas contra los esfuerzos mecánicos d) Cuando la canalización enterrada se encuentre próxima a otras instalaciones o conducciones subterráneas, deberán respetarse entre las partes más cercanas de las dos instalaciones distancias como mínimo iguales a: 0,20 m en los puntos de cruce 0,20 m en recorridos paralelos Mínimo 0,20 m (cruce) Tubería de gas Mínimo 0,20 m (curso paralelo) Distancias mínimas que se han de respetar entre conducciones de distintos servicios Siempre que sea posible deberán aumentarse estas distancias, sobre todo en instalaciones de importancia, de manera que se reduzcan, para ambas instalaciones, los riesgos inherentes a la ejecución de trabajos de reparación y mantenimiento en la instalación vecina. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 5. Instalación de tuberías, pruebas y ensayos Revisión 0 Octubre 2008 Página 20 de 37 e) Cuando por razones justificadas no puedan mantenerse estas distancias indicadas en el punto d), deberán interponerse entre las conducciones o instalaciones, materiales que proporcionen suficiente protección mecánica, eléctrica, térmica y química. Pantalla de protección cuando las distancias son menores a las reglamentarias Pantallas de protección f) Cuando la tubería atraviese espacios huecos deberá colocarse ésta en el interior de una vaina de protección dotada con las correspondientes ventilaciones en función de la estructura del hueco y la densidad del gas. Sus características estarán de acuerdo con los requisitos del apartado 5.2.3 de la norma UNE 60311. Tubo de gas Vaina Cavidad no ventilada Vaina de protección ventilada En el interior de la vaina sólo se permitirán uniones soldadas. g) Se deberá colocar un sistema adecuado de indicación de la existencia de una tubería de gas enterrada. Esta indicación se colocará a lo largo de toda la tubería de gas y a una distancia d comprendida entre 20 y 30 centímetros por encima de la generatriz superior de la tubería de gas, y deberá cubrir al menos el diámetro de la tubería. L mayor o igual que el diámetro de la tubería Banda señalizadora Tubería de gas Banda de señalización Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 5. Instalación de tuberías, pruebas y ensayos Revisión 0 Octubre 2008 Página 21 de 37 h) Cuando el gas distribuido pueda producir condensaciones, la tubería se instalará con una pendiente mínima de 5 mm/m descendente hacia la red de distribución o, de no ser ello posible, hacia dispositivos adecuados de evacuación de dichos condensados. Dispositivo recogida de condensados Drenaje Pendiente mínima en las conducciones de gases húmedos 5.2.5.2.2. Protección contra la corrosión externa Las canalizaciones de acero enterradas, deberán estar protegidas contra la corrosión externa mediante un revestimiento continuo plástico o de otro material de forma que la resistencia eléctrica, adherencia al metal, impermeabilidad al aire y al agua, resistencia a los agentes químicos del suelo, plasticidad y resistencia mecánica, satisfagan las condiciones a que se verá sometida la canalización. Inmediatamente antes de ser enterrada la canalización se debe comprobar el buen estado del revestimiento, mediante un detector de rigidez dieléctrica por salto de chispa tarado a 10 kV como mínimo u otro procedimiento similar, quedando registro de esta prueba. Como complemento del revestimiento externo, todas las canalizaciones de acero enterradas deben disponer de un sistema de protección catódica que garantice que el potencial entre la canalización y el suelo sea igual o inferior a -0,85 V, medido respecto al electrodo de referencia cobre-sulfato de cobre. Dicho potencial será -0,95 V como máximo cuando haya riesgo de corrosión por bacterias sulfatorreductoras. 5.2.5.2.3. Construcción La Empresa que efectúe la instalación de los elementos que constituyen la canalización deberá disponer del equipo y del personal especializado para la correcta realización de los trabajos. Debe comprobarse en obra, después del transporte y antes de su colocación, el buen estado de los tubos, de su revestimiento, de los accesorios y de los elementos de unión, así como la ausencia de cuerpos extraños. Al dimensionar las zanjas se debe prever el espacio necesario y suficiente para la ejecución del tendido de las tuberías, la realización de las uniones y la instalación de los accesorios. El tipo de zanja debe ser el adecuado a la tipología del terreno. Cuando la naturaleza del terreno lo requiera, se debe recurrir al empleo de entibaciones, taludes u otros medios especiales de protección de las personas. El fondo de la zanja se preparará de forma que el tubo tenga un soporte firme, continuo y exento de materiales que puedan dañar la tubería o su protección. Una vez instalada en la zanja y antes de efectuar las pruebas en obra se limpiará cuidadosamente el interior de la canalización y se retirará todo cuerpo extraño a la misma. Durante la instalación de la canalización se tomarán precauciones especiales para no perturbar el buen funcionamiento de las redes de drenaje o de cualquier otra instalación cercana a la canalización de gas. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 5. Instalación de tuberías, pruebas y ensayos Revisión 0 Octubre 2008 Página 22 de 37 En caso de gas húmedo, como se ha indicado anteriormente, la canalización deberá tener una pendiente de 5 mm/m al objeto de permitir la recogida de eventuales condensados en las zonas bajas de la misma. Las uniones se realizarán conforme a lo dispuesto en el apartado 6.2 de la norma UNE 60311. Al proceder a la colocación de las tuberías de polietileno en zanja se tomarán las debidas precauciones que permitan la absorción de las dilataciones, a fin de evitar tensiones perjudiciales por variaciones térmicas. Las uniones de los tubos de las canalizaciones entre sí y entre éstos y sus accesorios, deberán hacerse en función de los materiales en contacto, mediante bridas, piezas especialmente diseñadas para ello o empleando la correspondiente técnica de unión por fusión (termofusión o electrofusión). La unión de los elementos constitutivos de canalizaciones de acero se efectuará preferentemente mediante soldadura eléctrica a tope. En diámetros nominales iguales o inferiores a 50 mm se puede usar igualmente la soldadura oxiacetilénica. En las uniones de elementos auxiliares con diámetros inferiores a 40 mm con canalizaciones de acero, se pueden utilizar también las uniones roscadas. Las uniones deben confiarse únicamente a personal cualificado. Las soldaduras de acero deberán ser realizadas por soldadores de acero cualificados de acuerdo con la legislación vigente. Para las transiciones de polietileno con accesorios de otros materiales, y excepcionalmente en la reparación de canalizaciones existentes, se pueden utilizar enlaces mecánicos. No deben usarse uniones roscadas. En las canalizaciones de polietileno, las válvulas deberán anclarse a fin de evitar que se transmitan a los tubos los esfuerzos producidos al maniobrarlas. Todas las partes accesibles de la canalización deberán ser resistentes a la manipulación por personal ajeno a la Empresa Distribuidora y, en su defecto, deberán disponer de la correspondiente protección. Debe colocarse un sistema adecuado de indicación de la existencia de la tubería de gas enterrada. Se utilizará preferentemente una indicación a una distancia mínima de 0,2 m por encima del tubo que deberá cubrir, al menos, el diámetro de la tubería. Las soldaduras de polietileno deberán ser realizadas por soldadores de polietileno cualificados de acuerdo con la legislación vigente. 5.2.5.2.4. Cualificación del personal que realiza la instalación de conducciones de polietileno El Reglamento técnico de distribución y utilización de combustibles gaseosos, en su Instrucción Técnica Complementaria ITC-ICG 09, apartado 2.2.1, establece que “las soldaduras de las tuberías de polietileno... deberán ser realizadas por soldadores de tuberías de polietileno para gas”. Los soldadores de tuberías de polietileno para gas son certificados por un Organismo de Certificación acreditado por ENAC de acuerdo con la norma UNE-EN ISO/IEC 17024 “Evaluación de conformidad - Requisitos generales para los organismos que realizan la certificación de personas” y el documento CGA-ENAC-EC/P “Criterios Generales de acreditación - Competencia técnica de las Entidades de certificación de personas”. El Servicio de Certificación de Personas de Sedigas está acreditado por ENAC para la certificación de soldadores de polietileno tipo A, B y C con el número de acreditación 05/C-PE006. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 5. Instalación de tuberías, pruebas y ensayos Revisión 0 Octubre 2008 Página 23 de 37 5.2.6. Tuberías empotradas Esta modalidad de ubicación está limitada al interior de un muro o pared, y tan sólo se puede utilizar en los casos en que deban rodearse obstáculos o conectar dispositivos alojados en armarios o cajetines. Si la pared alrededor del tubo contiene huecos, éstos deben obturarse. Para ello se debe utilizar tubo de acero soldado o de acero inoxidable, o bien tubo de cobre con una longitud máxima de empotramiento de 0,40 m, pero en estos tramos de tubería no puede existir ninguna unión. Vaina Pared acabada A-B Canal B El canal debe quedar completamente relleno Fuente: Gas natural SDG A Huecos a obturar Preparación pared Excepcionalmente, en el caso de tuberías que suministren a un conjunto de regulación y/o de contadores, la longitud de empotramiento de tuberías puede estar comprendida entre 0,40 m y 2,50 m (sólo categorias B y A). Cuando una tubería se instale empotrada, de forma previa a su instalación se debe limpiar de todo óxido o suciedad, aplicar una capa de imprimación y protegerla mediante la aplicación de una doble capa de cinta protectora anticorrosión adecuada (al 50% de solape). Las llaves y uniones mecánicas deberán estar alojadas en cajetines ventilados que tengan las dimensiones suficientes para realizar las operaciones de revisión y mantenimiento sin dificultad. 5.2.7. Prescripciones específicas para tuberías con MOP superior a 0,4 bar e inferior o igual a 5 bar (sólo categorías B y A) Conjunto de regulación Fuente: Gas natural SDG Local no destinado a sala de calderas o recinto donde se ubican los contadores Conjunto de regulación Patio de ventilación Sala de calderas o recinto donde se ubican los contadores Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 5. Instalación de tuberías, pruebas y ensayos Revisión 0 Octubre 2008 Página 24 de 37 Su recorrido debe discurrir por el exterior de las edificaciones, por zonas al aire libre o por los patios de ventilación. Cuando ello no sea posible por las características del edificio, la empresa instaladora debe justificar la solución adoptada y las tuberías en este caso deben alojarse en vainas o conductos. La instalación de tuberías con MOP superior a 0,4 bar e inferior o igual a 5 bar por el interior de armarios o locales técnicos de centralización de contadores o por el interior de salas de calderas, puede realizarse excepcionalmente cuando el conjunto de regulación que las suministre se instale en su interior. 5.3. ELEMENTOS DE REGULACIÓN DE PRESIÓN Cuando la presión de suministro sea superior a la de operación, es necesaria la instalación de elementos de regulación en la instalación receptora, según se indica en los siguientes apartados. 5.3.1. Instalaciones suministradas desde redes de distribución de gas canalizado ß Instalaciones suministradas con MOP superior a 150 mbar e inferior o igual a 5 bar (sólo categorías B y A). La instalación debe disponer de un sistema de regulación dotado de: – Regulador de presión. –Válvula de seguridad por máxima presión. – Una válvula de seguridad por mínima presión en cada instalación individual. En el caso de instalaciones individuales suministradas desde una instalación común ya existente, se debe consultar con la empresa distribuidora la utilización de dicha válvula. ß Instalaciones suministradas con MOP superior a 50 mbar e inferior o igual a 150 mbar. El sistema de regulación debe consistir en un regulador de presión y una válvula de seguridad por mínima presión para cada una de las instalaciones individuales. ß Instalaciones suministradas con MOP inferior o igual a 50 mbar. Debe consultarse con la empresa distribuidora la necesidad de equipar las instalaciones individuales con regulador de presión y/o con válvula de seguridad por mínima presión. Sistema de regulación y seguridad MOP del tramo Regulador VIS máx. VIS mín. 0,15 < MOP ≤ 5 bar SI SI SI 0,05 < MOP ≤ 0,15 bar SI NO SI MOP ≤ 0,05 bar (*) NO (*) * En estos casos, el material debe asegurar la estanquidad. Se consultará al distribuidor 5.3.1.1. Ubicación e instalación de los conjuntos de regulación (sólo categorías B y A) Los conjuntos de regulación deben tener accesibilidad grado de 2 y sólo deben instalarse en los siguientes emplazamientos: a) En el interior de armarios (armarios de regulación) adosados o empotrados en paredes exteriores de la edificación. b) En el interior de armarios o nichos exclusivos para este uso situados en el interior de la edificación, pero con al menos una de sus paredes colindante con el exterior. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 5. Instalación de tuberías, pruebas y ensayos Revisión 0 Octubre 2008 Página 25 de 37 c) En el interior de recintos de centralización de contadores. d) En el interior de salas de calderas, cuando sea para el suministro de gas a las mismas. Conjunto de regulación Sala de calderas suministrada con gas natural 3 1 Fuente: Gas natural SDG 2 Prevestibulo ventilado 1. Fachada o muro límite de la propiedad 2. Prevestibulos o soportables 3. Azoteas Conjunto de regulación Recinto ventilado destinado a la centralización de contadores En los casos de situación en nicho, recinto de centralización de contadores y salas de calderas, puede prescindirse del armario. En los casos a) y b) el armario o nicho debe disponer de una ventilación directa al exterior al menos de 5 cm2, siendo admisible la de la holgura entre puerta y armario, cuando dicha holgura represente una superficie igual o superior a dicho valor. En los casos c) y d), cuando el recinto de centralización de contadores o la sala de calderas estén ubicados en el interior del edificio, sus puertas de acceso deben ser estancas y sus ventilaciones directas al exterior. En los casos b), c) y d), el conducto de la válvula de alivio debe disponer de ventilación directa al exterior. Los armarios de regulación podrán instalarse empotrados o adosados a un muro, en función de las características constructivas de la edificación, siguiendo para ello las directrices dadas por la Empresa Distribuidora. Los armarios de regulación deben instalarse, preferentemente, empotrados en fachada, prevestíbulos, soportales o en el muro límite de propiedad. Podrán instalarse, además, en el interior de los armarios o de los locales técnicos de centralización de contadores, o en el interior de salas de máquinas a las que alimenten, siempre que cumplan los requisitos. En este caso, los conjuntos de regulación podrán instalarse sin armario y deberán sujetarse convenientemente a una de las paredes del recinto. A la hora de empotrar un armario de regulación, se ha de tener en cuenta lo siguiente: ß Es conveniente que la base inferior del mismo quede a una altura comprendida entre 0,50 y 1,50 m, empotrando una vaina, generalmente de plástico rígido (como por ejemplo el PVC), desde esta base inferior hasta el punto conveniente de la vía pública para facilitar la introducción del tubo de polietileno que enlaza directamente con la llave de entrada. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 5. Instalación de tuberías, pruebas y ensayos Revisión 0 Octubre 2008 Página 26 de 37 En este tipo de armarios, si no se instala llave de acometida en la vía pública, ha de instalarse en el exterior de la puerta la placa señalizadora “LLAVE DE ACOMETIDA EN ARMARIO”, ya que en ese caso la misma se encontraría en el interior del mismo. Tubo PE 0,50 ≤ d ≤ 1,5 m Vaina Fuente: Gas natural SDG Longitud del empotramiento ≤ 2,5 m ß Una vez empotrado el armario en el hueco correspondiente, así como la vaina para facilitar la introducción del tubo de polietileno, se deberán rellenar con mortero de cemento los intersticios existentes entre el armario o la vaina y el hueco en el que se aloja, para evitar la formación de cavidades, y la conducción o conducciones de salida, según el caso, deberán empotrarse en una masa de mortero de cemento, estando debidamente protegidas contra la corrosión y encintadas con un solape del 50 % con cinta antihumedad. ß En el caso de que no pueda conectarse con polietileno un armario empotrado, deberá conectarse con tubo de acero, preferentemente, o cobre empotrado, debidamente protegido contra la corrosión y encintado con un solape del 50 % con una cinta antihumedad adecuada, en una masa de mortero de cemento. 0,50 ≤ d ≤ 1,5 m Fuente: Gas natural SDG Tubo empotrado de acero Cuando por razones constructivas del edificio el armario de regulación no pudiera empotrarse en la fachada o en el muro límite de la propiedad, se podrá colocar adosado, pero teniendo en cuenta, al igual que cuando se instala empotrado, que la altura de la base inferior del armario ha de estar comprendida entre 0,50 y 1,50 m y situado en una zona que no sea de paso de personas, o bien se instalará en la azotea del edificio adosado o empotrado. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 5. Instalación de tuberías, pruebas y ensayos Revisión 0 Octubre 2008 Página 27 de 37 Tubo de acero 0,50 ≤ d ≤ 1,5 m Fuente: Gas natural SDG Tallo normalizado Tubo de PE 5.3.1.2. Ubicación e instalación de los reguladores con MOP de entrada hasta 0,4 bar y MOP de salida hasta 0,05 bar. Estos reguladores, conocidos como reguladores de usuario, se deben instalar directamente en la entrada del contador o en línea en la instalación individual de gas. Fuente: Gas natural SDG Regulador recto Regulador en escuadra para acoplar a contador Fuente: Gas natural SDG En el caso de que el regulador sea de caudal nominal superior a 4,8 m3(n)/h equivalente de aire y no incorpore válvula de seguridad por mínima presión, debe instalarse una o varias de manera que se garantice la seguridad por mínima presión en cada instalación individual. La instalación de los reguladores de usuario con presión de entrada con MOP hasta 0,4 bar y presión regulada con MOP hasta 50 bar, se limitará a la instalación del mencionado regulador intercalado en la instalación individual. ß Instalación de reguladores de usuario de Qnom ≤ 6 m3/h Para la instalación de los reguladores de usuario con caudal nominal inferior o igual a 6 m3/h, que normalmente son de ejecución en escuadra para su instalación acoplada al contador, deberá preverse en la parte de la instalación en la que conecta la entrada del regulador, un accesorio para unión por junta plana (rácor 2 piezas) de ¾”, pues dicho regulador incorpora en su entrada un accesorio macho-macho de rosca cilíndrica de ¾” que va roscado y sellado al cuerpo del regulador. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 5. Instalación de tuberías, pruebas y ensayos Revisión 0 Octubre 2008 Página 28 de 37 La salida de los reguladores, que se acoplan directamente sobre la rosca de entrada de un contador tipo G-4, incorporan un accesorio de unión por junta plana (rácor 2 piezas) de 7/8”, y las que se intercalan en la instalación incorporan una rosca macho de ¾”. Estos reguladores de usuario llevan incorporada una válvula de seguridad por defecto de presión, de rearme automático o manual, por lo que no debe preverse la instalación de una válvula de seguridad por defecto de presión en la instalación receptora. ß Instalación de reguladores de abonado de Qnom > 6 m3/h (sólo categorías B y A) Para la instalación de los reguladores de usuario de caudal nominal superior a 6 m3/h, que son de ejecución axial, deberá preverse que una de las uniones con la instalación, la de entrada o la de salida, debe realizarse con unión roscada de 1”, 1 ½” ó 2”, según el caso, y la otra unión será por junta plana, por lo que deberá preverse la instalación de un enlace por junta plana (rácor 2 piezas) e incorporar en la parte correspondiente del regulador un accesorio macho-macho de rosca cilíndrica, sellado al cuerpo del regulador, que disponga de la rosca adecuada, 1”, 1 ½” ó 2”, según el caso. Si por motivos constructivos o de trazado de la instalación no fuera posible proceder al montaje o desmontaje del regulador sin desmontar parte de la instalación, podrán realizarse las dos uniones, es decir, la de entrada y la salida, con enlaces por junta plana. Estos reguladores de usuario pueden o no llevar incorporada válvula de seguridad por defecto de presión, por lo que debe preverse la instalación de una válvula de seguridad por defecto de presión en la instalación receptora en el caso de que no la lleven incorporada. 5.3.1.3. Ubicación e instalación de válvulas de seguridad por defecto de presión La instalación de las válvulas de seguridad por defecto de presión se limitará, al igual que en caso de los reguladores de usuario, a la instalación de la mencionada válvula intercalada en la instalación individual. ß Instalación de válvulas de seguridad por defecto de presión de Qnom ≤ 6 m3/h Fuente: Gas natural SDG Para la instalación de las válvulas de seguridad por defecto de presión con caudal nominal inferior o igual a 6 m3/h, que normalmente son de ejecución en escuadra, deberá preverse en la parte de la instalación en la que se conecta la salida de la válvula un accesorio para unión por junta plana (rácor 2 piezas) de 7/8”, pues se acopla directamente sobre la salida de un contador tipo G-4. Deberá preverse en la parte de la instalación en la que conecta la salida de este tipo de válvula de seguridad por defecto de presión un accesorio para unión por junta plana (rácor 2 piezas) de 7/8”, pues dicha válvula incorpora en su salida una rosca macho cilíndrica de 7/8”. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 5. Instalación de tuberías, pruebas y ensayos Revisión 0 Octubre 2008 Página 29 de 37 ß Instalación de válvulas de seguridad por defecto de presión de Qnom > 6 m3/h (sólo categorías B y A) Fuente: Gas natural SDG Para la instalación de las válvulas de seguridad por defecto de presión de caudal nominal superior a 6 m3/h, que son de ejecución axial, tal como se indica en la ficha 5.4, deberá preverse que una de las uniones con la instalación, la de entrada o la de salida, debe realizarse con unión roscada de 1”, 1 ½” o 2”, según el caso, habiendo de ser la otra unión por junta plana, por lo que, asimismo, deberá preverse en la instalación un enlace por junta plana (rácor 2 piezas) e incorporar en la parte correspondiente de la válvula un accesorio macho-macho de rosca cilíndrica, sellado al cuerpo de la válvula, que disponga de la rosca adecuada, 1”, 1 ½” o 2”, según el caso. Si por motivos constructivos o de trazado de la instalación no fuera posible proceder al montaje o desmontaje de la válvula sin desmontar parte de la instalación, deberán realizarse las dos uniones, es decir, la de entrada y la salida, con enlaces por junta plana. 5.3.1.4. Tomas de presión Fuente: Gas natural SDG En toda instalación receptora individual debe instalarse una toma de presión, preferentemente a la salida del contador. De todas formas, es conveniente disponer de una toma de presión en la instalación común, preferentemente en la centralización de contadores, y en la entrada y salida de los reguladores. 5.3.2. Instalaciones suministradas desde depósitos fijos o móviles de GLP de carga unitaria superior a 15 kg (sólo categorías B y A) Previamente a estas instalaciones ha de existir un primer regulador y otro instalado en serie, o un único regulador dotado de un dispositivo de seguridad por alta presión que funcionando como seguridad garantice que la presión a la entrada de la instalación receptora esté comprendida entre 0,1 y 2 bar. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 5. Instalación de tuberías, pruebas y ensayos Revisión 0 Octubre 2008 Página 30 de 37 En el caso de batería de botellas la reducción se realizará a través de un inversor automático de acuerdo a las especificaciones de la UNE-EN 13786, con MOP < 2 bar y un limitador instalado en serie con MOP < 2 bar que funcione como seguridad. Lira, 2 5 Lira, 2 1. Tubería acero/cobre 4. Limitador de presión 2. Conducción flexible 5. Válvula retención 3. Inversor automático (incluye regulador primera etapa) La reducción hasta la presión nominal se puede realizar de alguna de las maneras que se describen a continuación: ß Dentro de la vivienda o del local, directamente con un único regulador o bien con un regulador antes de la entrada de cada aparato a gas. ß En el exterior de las viviendas o locales, realizándose en dos etapas: Una primera etapa hasta una MOP comprendida entre 0,1 bar y 2 bar en el exterior, y una segunda etapa en el interior con un único regulador hasta la presión de operación de los aparatos o bien un regulador por aparato hasta la presión de operación de cada aparato. En los casos en que desde un único depósito o batería de botellas se suministre a más de una instalación individual, cada una de ellas debe estar dotada de una válvula de seguridad por mínima presión. 5.3.3. Instalaciones suministradas desde depósitos móviles de GLP de carga unitaria inferior o igual a 15 kg Cuando se trate de baterías de botellas situadas en el exterior, se debe seguir el mismo procedimiento descrito en el apartado anterior. En el caso de que se instalen dos unidades en descarga simultánea en el interior de las viviendas o locales privados, la reducción de presión se puede realizar mediante alguna de las siguientes formas: ß Mediante reguladores situados en las propias botellas a la presión de operación. Exterior vivienda Interior vivienda Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 5. Instalación de tuberías, pruebas y ensayos Revisión 0 Octubre 2008 Página 31 de 37 ß Mediante reguladores con una MOP < 2 bar situados en las propias botellas y conectados con tuberías flexibles según UNE 60712-3 (liras) a otro regulador o limitador del mismo rango que ejerza una función de seguridad. A continuación se instalará un único regulador situado lo más próximo posible al anterior que reducirá la presión a la de operación de los aparatos. Exterior vivienda Interior vivienda Esta instalación irá dotada de válvulas antirretorno para impedir el paso del gas desde una botella a otra. Cuando la instalación esté suministrada por un único envase, la reducción de presión se debe realizar en la propia botella con un regulador hasta la presión de operación. Exterior vivienda Interior vivienda 5.4. DISPOSITIVOS DE CORTE (LLAVES) 5.4.1. Válvula (llave) de acometida Es la válvula (llave) que da inicio a la instalación receptora de gas y se debe instalar en todos los casos. El emplazamiento lo debe decidir la Empresa Distribuidora, situándola próxima o en el mismo muro o límite de la propiedad, y satisfaciendo la accesibilidad grado 1 ó 2 desde zona pública, tanto para la Empresa Distribuidora como para los servicios públicos (bomberos, policía, etc.). En las instalaciones que dispongan de armario de regulación situado en el límite de propiedad o en la fachada del edificio, con el acuerdo previo de la Empresa Distribuidora, puede hacer las funciones de válvula (llave) de acometida el dispositivo de corte situado lo más próximo posible a la entrada del conjunto de regulación que contiene el citado armario, accionable desde el exterior y que puede interrumpir el paso de gas al citado conjunto de regulación. 5.4.2. Llave de edificio (sólo categorías B y A) La llave de edificio se debe instalar lo más cerca posible de la fachada del edificio o sobre ella misma, y debe permitir cortar el servicio de gas a éste. El emplazamiento lo determinan la Empresa Instaladora y la Empresa Distribuidora de acuerdo con la Propiedad. Su accesibilidad debe ser de grado 2 ó 3 para la Empresa Distribuidora. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 5. Instalación de tuberías, pruebas y ensayos Revisión 0 Octubre 2008 Página 32 de 37 Esta llave se debe instalar si la longitud de la acometida interior, medida entre la llave de acometida y la fachada del edificio, es igual o superior a: ß 4 m en tuberías enterradas; ß 25 m en tuberías vistas; ß En todos los casos en que la acometida suministre a más de un edificio situados en la misma propiedad. 5.4.3. Llave de regulador Cada regulador, si no lleva incorporada una llave de regulador, debe disponer de una, situada lo más cerca posible de él, a su entrada y su accesibilidad debe ser de grado 1 ó 2, bien para el usuario o bien para la Empresa Distribuidora. 5.4.4. Llave de montante colectivo (sólo categorías B y A) La llave de montante colectivo debe instalarse cuando exista más de un montante colectivo y tener grado de accesibilidad 2 ó 3 para la Empresa Distribuidora desde zona común o pública. 5.4.5. Llave de usuario (sólo categorías B y A) La llave de usuario debe instalarse en todos los casos para aislar cada instalación individual y tener grado 2 de accesibilidad para la Empresa Distribuidora desde zona común o desde el límite de la propiedad, salvo en el caso de no sea posible y que exista una autorización expresa de la Empresa Distribuidora, que podrá tener entonces accesibilidad grado 3. En el caso de un regulador con llave incorporada, ésta no puede asumir la función de la llave de usuario, a excepción de aquellas instalaciones individuales suministradas desde depósitos móviles de GLP de contenido inferior a 15 kg en que, si el regulador lleva dispositivo de corte incorporado, éste puede realizar la función de llave de usuario. 5.4.6. Llave de contador La llave de contador debe instalarse en todos los casos y situarse en el mismo recinto, lo más cerca posible de la entrada del contador o de la entrada del regulador de usuario cuando éste se acople a la entrada de contador. 5.4.7. Llave de vivienda o de local privado La llave de vivienda o de local privado debe instalarse en todos los casos y tener accesibilidad de grado 1 para el usuario. Se debe instalar en el exterior de la vivienda o local de uso no doméstico al que suministra, pero debiendo ser accesible desde el interior. Se puede instalar en su interior, pero en este caso el emplazamiento de esta llave debe ser tal que el tramo anterior a la misma dentro de la vivienda o local privado resulte lo más corto posible. 5.4.8. Llave de conexión de aparato La llave de conexión de aparato debe instalarse para cada aparato a gas, y debe estar ubicada lo más cerca posible del aparato a gas y en el mismo recinto. Su accesibilidad debe ser de grado 1 para el usuario. En caso de aparatos de cocción, la llave de aparato puede instalarse, para facilitar la operatividad de la misma, en un recinto contiguo de la misma vivienda o local privado siempre y cuando están comunicados mediante una puerta. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 5. Instalación de tuberías, pruebas y ensayos Revisión 0 Octubre 2008 Página 33 de 37 Cuando la instalación se componga de un único aparato de consumo, suministrado desde un depósito móvil de GLP de capacidad inferior o igual a 15 kg situado en el mismo local, la llave del regulador puede hacer las veces de la llave de conexión del aparato. 5.4.9. Casos en que una llave integrante de la instalación común o individual puede ejercer varias funciones Una llave integrante de la instalación común o individual puede ejercer la función de otras llaves si reúne los requisitos exigidos a todas ellas. 7 8 5 6 1. Llave de acometida 2. Llave de edificio 3. Llave de regulador 4. Llave de montante colectivo 5. Llave de usuario 6. Llave de vivienda o local privado 7. Llave de contador 8. Llave de conexión de aparato 4 3 Fuente: Gas natural SDG 1 2 5.5. PRUEBAS PARA LA ENTREGA DE LA INSTALACIÓN RECEPTORA 5.5.1. Pruebas en tramos vistos, empotrados o alojados en vainas o conductos 5.5.1.1. Consideraciones generales Todas las instalaciones receptoras una vez construidas y con anterioridad a su puesta en disposición de servicio por parte de la Empresa Distribuidora, deberán someterse a una prueba de estanquidad con resultado satisfactorio, es decir, no debe detectarse fuga alguna. Esta prueba debe ser correctamente documentada. La prueba de estanquidad no incluye a los conjuntos de regulación, reguladores de abonado, válvulas de seguridad por defecto de presión y contadores, por lo que éstos deberán aislarse mediante llaves de corte o desmontarse de la instalación, colocando los correspondientes puentes o tapones extremos. Asimismo, la prueba de estanquidad tampoco incluye los aparatos a gas, ni su conexión a la instalación receptora. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 5. Instalación de tuberías, pruebas y ensayos Revisión 0 Octubre 2008 Página 34 de 37 Esta prueba de estanquidad se realizará en todos los tramos que componen la instalación receptora, es decir, desde la llave de acometida, excluida ésta, hasta las llaves de conexión de aparato, incluidas éstas, y siempre antes de ocultar, enterrar o empotrar las tuberías. Siempre que en una instalación receptora existan tramos alimentados a diferentes presiones, en cada tramo se aplicarán los criterios establecidos para el rango de presión de servicio que corresponda. Si se realiza de forma completa, la presión de prueba será la del tramo de más presión. Esta prueba de estanquidad deberá ser realizada por la Empresa Instaladora utilizando como fluido de prueba aire o gas inerte, estando prohibido el uso del gas de suministro o de cualquier otro tipo de gas o líquido. Tanto el nivel de presión de la prueba como el tiempo del ensayo dependen de la presión de servicio del tramo, y se indican más adelante. Con anterioridad a la realización de la prueba de estanquidad, deberá asegurarse que están cerradas las llaves que delimitan la parte de instalación a ensayar, colocados los puentes y tapones extremos necesarios y, además, que se encuentran abiertas las llaves intermedias. Para alcanzar el nivel de presión necesario en el tramo a probar, deberá conectarse en una toma de presión de la instalación el dispositivo adecuado para inyectar aire o gas inerte, controlando su presión mediante el elemento de medida adecuado al rango de presión de la prueba, inyectando el aire o el gas inerte hasta alcanzar el nivel de presión necesario para realizar la prueba según la presión de servicio del tramo. En caso de que no exista toma de presión, se conectará el dispositivo de inyección en una llave extrema, en las conexiones del contador o del regulador, etc. Una vez alcanzado el nivel de presión necesario para la realización de la prueba de estanquidad, se deja transcurrir el tiempo preciso para que se estabilice la temperatura y se toma lectura de la presión que indica el elemento de medida, comenzando en este momento el período de ensayo. Paralelamente, se maniobrarán las llaves intermedias para verificar su estanquidad con relación al exterior, tanto en su posición de abiertas como en su posición de cerradas. Una vez pasado el período de ensayo, intentando que durante este período la temperatura se mantenga lo más estable posible, se tomará de nuevo lectura de la presión en el aparato de medida y se comparará con la lectura inicial, dándose como correcta la prueba si no se observa disminución de la presión en el período de ensayo. En el supuesto de que la prueba de estanquidad no dé un resultado satisfactorio, es decir, que se observara una disminución de presión, deberán localizarse las posibles fugas utilizando agua jabonosa o un producto similar, corregirse las mismas y repetir la prueba de estanquidad. Si se observaran variaciones de la presión y se intuyera que puedan ser debidas a variaciones de la temperatura, deberá repetirse la prueba en horas en las que se prevea que no se producirán estas variaciones. En el supuesto de que esto no sea posible, se registrará la temperatura del fluido de prueba, aire o gas inerte, a lo largo de la misma, evaluando al final su posible repercusión. 5.5.1.2. Prueba de estanquidad en los diferentes tramos de la instalación receptora La prueba se considera correcta si no se observa una disminución de la presión, transcurrido el período de tiempo que se indica en la tabla siguiente, desde el momento en que se efectuó la primera lectura. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 5. Instalación de tuberías, pruebas y ensayos Presión máxima de operación - MOP (bar) Presión de prueba (bar) Tiempo de prueba (minutos) 2 < MOP ≤ 5 > 1,40 × MOP* 60* 0,1 < MOP ≤ 2 > 1,75 × MOP** 30 MOP ≤ 0,1 > 2,50 × MOP*** 15*** Revisión 0 Octubre 2008 Página 35 de 37 * La prueba debe ser verificada con un manómetro de rango 0 a 10 bar, clase 0’6, diámetro 100 mm o un manómetro electrónico o digital o manotermógrafo del mismo rango y características. El tiempo de prueba puede reducirse a 30 min en tramos inferiores a 20 m en instalaciones individuales. ** La prueba debe ser verificada con un manómetro de rango 0 a 6 bar, clase 0’6, diámetro 100 mm o un manómetro electrónico o digital o manotermógrafo del mismo rango y características. *** La prueba debe ser verificada con un manómetro de rango 0 a 1’6 bar, clase 0’6, diámetro 100 mm o un manómetro electrónico o digital o manotermógrafo del mismo rango y características. Cuando la prueba se realice con una presión de hasta 0,05 bar, ésta se verificará con un manómetro de columna de agua en forma de U con escala ± 500 mca como mínimo o cualquier otro dispositivo, con escala adecuada, que cumpla el mismo fin. El tiempo de prueba puede ser de 10 min si la longitud del tramo a probar es inferior a 10 m. 5.5.1.3. Comprobación de la estanquidad en conjuntos de regulación y en contadores La estanquidad de las uniones de los elementos que componen el conjunto de regulación y de las uniones de entrada y salida, tanto del regulador como de los contadores, debe comprobarse a la presión de operación correspondiente mediante detectores de gas, aplicación de agua jabonosa, u otro método similar. 5.5.2. Pruebas en tramos enterrados (sólo categoría A) Previa su puesta en servicio, tanto las acometidas interiores como las líneas de distribución interiores se deberán someter de una vez o por tramos a las pruebas de resistencia y de estanquidad. Estas pruebas estarán de acuerdo con la norma UNE-EN 12327 y se realizarán preferentemente de forma conjunta. Solamente pueden ponerse en servicio las canalizaciones que hayan superado ambas pruebas, a excepción de extensiones cortas y uniones entre nueva canalización y canalización en servicio, que pueden ser verificadas con fluido detector de fugas u otro método apropiado a la presión de operación. Se seguirá igual procedimiento para la comprobación de eventuales reparaciones. Para redes con MOP inferior a 0,1 bar se permitirá la realización de una única prueba que verifique las condiciones de estanquidad, de acuerdo con las especificaciones del apartado 7.4 de la norma UNE 60311. Cuando sea necesario se deberá proceder al secado de la canalización antes de su puesta en servicio. Seguidamente se exponen las consideraciones generales que han de tenerse presentes. ß El equipo de medida de presión tendrá una clase mínima de 0,6, con un rango máximo de medida de 1,5 veces la presión de prueba. La temperatura debe ser medida con un instrumento con escala mínima de 1 ºC. Los resultados de todas las pruebas deben ser registrados. ß Todos los accesorios empleados para estos ensayos deberán ser aptos para una presión como mínimo igual a la de ensayo, debiendo encontrarse fijos de forma tal que la presión no pueda proyectarlos durante el proceso. En el transcurso de las pruebas deberán tomarse las precauciones necesarias para que en caso de estallido accidental las piezas o partes de las mismas proyectadas no puedan alcanzar a las personas asistentes al ensayo. ß No está admitida la adición o el uso de productos odorizantes como medio para la detección de las eventuales fugas. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 5. Instalación de tuberías, pruebas y ensayos Revisión 0 Octubre 2008 Página 36 de 37 ß En el caso de emplear aire comprimido para probar tuberías de polietileno, deberá instalarse un filtro o separador de aceite que reduzca al mínimo la contaminación del polietileno por esta causa. Además, deberá evitarse que durante el período de prueba la temperatura del aire en el interior de la canalización no supere los 40 ºC. ß En el caso de pruebas de canalizaciones de polietileno se procurará no realizar las pruebas en obra si la temperatura ambiente es inferior a 0 ºC por el riesgo de propagación rápida de fisura (RCP). ß En el caso de emplear aire o gas inerte comprimido para probar tuberías de polietileno, la aportación deberá realizarse mediante una conducción de admisión de acero. ß Habrá de controlarse periódicamente la precisión de los manómetros y de los registradores de presión eventualmente empleados. ß Antes de la puesta bajo presión, hay que asegurarse de que: – En el caso de tuberías de polietileno, se han enfriado totalmente todas las soldaduras de forma natural. – Todas las uniones entre tubos, tubos con accesorios y accesorios no soldados están debidamente apretadas y provistas de juntas. – En los casos de tuberías de polietileno, la canalización esté convenientemente anclada para impedir desplazamientos peligrosos o cambios de dirección como consecuencia de la presión interna a la que se verá sometida. – El personal se halla fuera de la zanja y todos los asistentes se mantienen a una distancia prudencial. – El personal que se encarga del ensayo y de la detección de las eventuales fugas es el único que se halla en la zanja, pero en ningún caso situado tras un tapón. – Cuando se compruebe la estanquidad de una conducción de polietileno mediante agua jabonosa o agentes espumantes, deberán éstos eliminarse completamente con agua una vez concluido el ensayo. ß Durante las pruebas de estanquidad, deberá comprobarse que la presión indicada por el manómetro se mantiene constante. Se recomienda emplear un registrador de presión. ß Al proceder a la descompresión de la conducción una vez concluido el ensayo, deberán tomarse las precauciones necesarias para evitar que el aire expulsado lance tierra, piedras u otros objetos. ß Los empalmes efectuados para unir la canalización nueva con la canalización ya en servicio serán examinados con ayuda de agua jabonosa u otro producto espumante, a la presión de servicio. 5.5.2.1. Prueba de resistencia mecánica La prueba de resistencia mecánica precederá a la prueba de estanquidad cuando ambas se efectúen por separado. El fluido de prueba será aire comprimido o gas inerte y su duración será como mínimo de 1 h a partir del momento en que se haya estabilizado la presión de prueba. La presión mínima de prueba será función de la MOP de diseño según la siguiente Tabla: MOP (bar) Presión mínima de la prueba de resistencia (bar) 2 < MOP ≤ 5 > 1,4 × MOP MOP ≤ 2 > 1,75 × MOP Nota: La presión de prueba siempre será superior a 1 bar. Especificaciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certificación de instaladores de gas. Materias comunes Tipos A, B y C Parte 5. Instalación de tuberías, pruebas y ensayos Revisión 0 Octubre 2008 Página 37 de 37 La presión de prueba no debe superar, con carácter general, la presión máxima especificada para los materiales, ni el valor de 0,9 veces la PRCP de la tubería, en el caso de canalizaciones de polietileno. 5.5.2.2. Prueba de estanquidad La prueba de estanquidad se realizará con el mismo fluido utilizado en la prueba de resistencia. En acometidas la duración de la prueba será, como mínimo, de 1 h. En líneas interiores la duración será de 6 h a partir del momento en que se haya estabilizado la presión de prueba, excepto si su MOP es inferior a 0,1 bar, en cuyo caso la duración mínima será de 1 h. La presión mínima de prueba será función de la MOP de diseño según la siguiente Tabla: MOP (bar) Presión mínima de la prueba de estanquidad (bar) 1 < MOP ≤ 5 1 MOP ≤ 1 MOP 5.5.2.3. Prueba conjunta de resistencia y estanquidad Esta opción es la que elegirá preferentemente. La prueba conjunta se debe efectuar a la presión de prueba de resistencia y su duración será, como mínimo, de 6 h, a partir del momento de estabilización de la presión de prueba. Podrá reducirse a 1 h cuando la estanquidad de las uniones pueda ser verificada con un fluido detector de fugas u otro método apropiado. También puede reducirse el tiempo a 1 h en el caso de acometidas o en el caso de líneas interiores si su MOP es inferior o igual a 0,1 bar.
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