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Propiedades del gas naturallicuado (GNL)El gas natural extrado en el cabezal delpozo se compone de metano, etano, pro-pano e hidrocarburos ms pesados, ascomo cantidades pequeas de nitrgeno,helio, dixido de carbono, compuestosde azufre y agua. La tabla 1 relaciona lacomposicin media del GNL y sus pro-piedades fsicas ms importantes.

El proceso de licuefaccin del gasnatural requiere de un tratamiento pre-vio para eliminar impurezas como elagua, nitrgeno, anhdrido carbnico,gas sulfhdrico y otros compuestos deazufre, para que no se puedan formarslidos en la licuacin, que se producea una temperatura de aproximadamente-160 C.

El GNL slo ocupa 1/600 parte delvolumen requerido para la misma canti-dad de gas natural a temperatura am-biente y presin atmosfrica. El GNL esun lquido extremadamente fro, que nose almacena bajo presin (en contra dela equivocada creencia comn). Bajo lapresin atmosfrica normal, el GNL esun lquido criognico, no corrosivo y notxico. Sin embargo, al igual que cual-quier otro gas inerte, el gas natural vapo-rizado de GNL puede causar asfixiapor falta de oxgeno cuando se concen-

tra en reas cerradas y sin ventilacin.La densidad de GNL es de aproxima-

damente 450 kg/m3. Al ser ms ligero queel agua, si se derrama sobre el agua flotay se vaporiza rpidamente. Al regresara su fase gas, los vapores emitidos porel GNL pueden ser inflamables y explo-sivos, pero slo en determinada concen-tracin, el llamado nivel de inflamabili-dad. Es el rango entre las concentracionesmnimas y mximas de vapor (en % envolumen) en el cual el aire y los vaporesde GNL forman una mezcla inflamablelo que puede alcanzar el punto de igni-cin. Los lmites superior e inferior de infla-mabilidad del metano, el componenteprincipal del vapor de GNL, son del 5y 15% en volumen, respectivamente. Aconcentraciones superiores al lmite supe-rior de inflamabilidad, no podr quemarsedebido a que no hay suficiente oxgeno.Es el caso de un tanque de almacena-miento cerrado y seguro en donde la con-centracin del vapor es aproximadamente100% de CH4. A concentraciones meno-res que el lmite inferior de inflamabilidad,no podr quemarse debido a que nohay suficiente metano. Es el caso delderrame de pequeas cantidades de GNLen un rea bien ventilada, en que el vaporde GNL se mezcla rpidamente con elaire hasta una concentracin menor al

5%. El lmite inferior de inflamabilidad delGNL es superior al de otros combusti-bles lquidos (GLP o gasolina).

La temperatura de autoignicin es latemperatura ms baja en la que el vaporde gas inflamable puede arder de formaespontnea sin necesidad de una fuentede ignicin, despus de varios minutos deexposicin a una fuente de calor. La tem-peratura de autoignicin de vapores deGNL aproximadamente al 10% (puntomedio de los lmites de inflamabilidad)en el aire es superior a los 540 C a pre-sin atmosfrica. Esta temperatura extre-madamente alta requiere una fuenteimportante de radiacin termal, de locontrario el vapor generalmente se dis-persa en la atmsfera y no tiene lugar unincendio. En comparacin con otroscombustibles lquidos, el vapor de GNLnecesita una temperatura muy alta paraque ocurra la autoignicin.

En resumen, el GNL es una sustan-cia extremadamente fra, no txica, nocorrosiva que se transfiere y almacenabajo presin atmosfrica, se refrigera yno se presuriza, lo que permite que elGNL sea un mtodo efectivo y econ-mico de transportar grandes volmenesde gas natural a grandes distancias. ElGNL presenta pocos peligros siempreque se contenga en tanques de almace-

FRANCESC ESTRANY CODA, JORDI DOSTA PARCERISA, JUDITH PREZ GONZLEZ, SORAYAMUOZ CAMEO Y SCAR RODRGUEZ VALLS

Esta aplicacin de la ingeniera qumica al ahorro energtico consigue unimportante aprovechamiento de energa calorfica natural

Vaporizadores de agua de mar para gas naturallicuado

namiento, conducciones y equipos dise-ados para soportar la condicin criog-nica de GNL.

Generalidades de lasinstalaciones de GNLCadena del proceso de distribucindel GNLEn primer lugar se expone de forma resu-mida la cadena que se sigue para la dis-tribucin del GNL hasta los puntos deconsumo, industrias y hogares (Fig. 1).

1. Produccin de gas natural, el procesode exploracin y produccin de gas natu-ral para su entrega a una planta procesa-dora.

2. Licuefaccin, la conversin de gasnatural a un estado lquido para su trans-porte por medio de buques tanque.

3. Transporte, el envo de GNL enbuques especializados para su entrega alos mercados.

4. Regasificacin, la conversin deGNL a su fase gaseosa y el paso del l-quido criognico por los vaporizadores.

5. Distribucin y entrega de gas naturala travs del sistema de gaseoductos del pasy su distribucin a los usuarios finales.

El proceso de almacenamiento es el querequiere el enfoque principal en materiade seguridad y proteccin. Despus dehaberse licuado el gas natural, se alma-

cena antes de ser transportado o se cargadirectamente al buque tanque. Las ter-minales receptoras de GNL y las insta-laciones de regasificacin almacenan elGNL antes de ser regasificado y trans-portado a travs de los gaseoductos.

Instalaciones tpicas de GNLPrincipalmente consisten en instalacio-nes martimas, instalaciones de recep-cin, de almacenamiento y regasificacinde GNL.

Instalaciones martimas

Las instalaciones de muelle (Fig. 2) sondiseadas para el atraque y descarga delos buques de GNL. Los remolcadoresproporcionan asistencia durante el atra-que. Los muelles son para recibir buquesde GNL de tamaos especficos.

Almacenamiento del GNL

El uso adecuado de GNL, o cualquiersustancia criognica, requiere la com-prensin del comportamiento de losmateriales bajo temperaturas criogni-cas. Por ejemplo, bajo temperaturasextremadamente bajas, el acero ordina-rio pierde ductilidad y se hace quebra-dizo. La eleccin del material empleadoen los tanques y conductos que entran encontacto con el GNL es un factor crtico.

Para prevenir fisuras es necesario emplearaceros de alto contenido en Ni y Al y ace-ros inoxidables, a pesar de su elevadocoste.

El GNL se almacena bajo presinatmosfrica en tanques de doble pared(Fig. 3). El tanque de almacenamiento esun tanque dentro de otro tanque con ais-lantes entre las paredes de ambos tan-ques. El tanque exterior se componegeneralmente de acero ordinario, que noofrece proteccin al tanque interno encasos de fisuras, nicamente mantiene alaislante en su lugar.

El tanque interno que est en contactocon el GNL lquido se elabora con mate-riales adecuados para el servicio criog-nico, y cuenta con un fondo metlicoplano y una pared cilndrica de metal ela-borados con materiales apropiados paratemperaturas criognicas (normalmen-te con 9% de Ni). El fondo del tanqueinterno descansa sobre material ais-lante rgido, como la fibra de vidrio. Laestructura del tanque debe soportar lacarga hidrosttica de GNL, lo que deter-mina el espesor de las paredes lateralesdel tanque interno. Los tanques tienenuna capa de aislante con una cubierta sus-pendida debajo de un techo externo enforma de cpula con barrera de vapor,y una pared externa (generalmente de

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acero ordinario). Los nuevos diseosincluyen tuberas instaladas en el techodel tanque para evitar un escape del con-tenido completo del tanque.

Instalaciones de regasificacin de GNL

Cada tanque de almacenamiento deGNL contiene bombas para transferir elGNL a los vaporizadores. Se puede usarel aire atmosfrico, el agua de mar a apro-ximadamente 15 C u otros medios comoel agua caliente, para permitir la conver-sin de GNL fro (por medio de un inter-cambiador trmico) a gas. Los tipos devaporizadores ms comnmente usadosson: el de tablero abierto (ORV por sussiglas en ingls) y el de combustinsumergida (SCV por sus siglas en ingls).

El vaporizador de tablero abierto (OpenRack Vaporizer ORV), cuya instalacin semuestra en la imagen de la figura 4, uti-liza el agua de mar como fuente de calor.El agua de mar baja sobre la superficieexterna del intercambiador trmico, quees de aluminio o de acero inoxidable. Lasoperaciones de carga base (baseload) utili-zan los vaporizadores de tablero abierto(ORV). Los operadores de emergencia opeakshaving utilizan los mismos vaporiza-dores pero con circulacin de agua ca-liente. Los ORV se caracterizan por serde construccin sencilla, fcil manteni-miento y alta fiabilidad.

Los vaporizadores de combustin sumer-gidos (Submerged Combustin Vaporizer- SCV) utilizan agua calentada por un

mechero sumergido que vaporiza elGNL dentro de un tubo inoxidable deintercambio trmico. El vaporizador decombustin sumergido (ver imagen en figu-ra 5) se aplica principalmente para ope-raciones de peakshaving, aunque tambinpara operaciones de carga base (baseload).Tiene un bajo costo de instalacin, arran-que rpido y puede trabajar con fluctua-ciones de carga.

Caractersticas tcnicas de losvaporizadores de GNLDescripcin general de la instalacinLos vaporizadores de agua de mar sonintercambiadores de calor en los cualespor la parte inferior e interior del mdulosube gas, el GNL, en estado lquido y porel exterior cae por gravedad agua de marimpulsada desde la captacin por lasbombas de agua de mar. Al producirse elintercambio, el GNL se va vaporizandoa medida que va ascendiendo por lostubos saliendo en estado gaseoso por laparte superior. El sistema est forma-do por los siguientes equipos: las bom-bas de captacin de agua de mar, los filtrosde agua de mar, las bombas de inyeccinde hipoclorito sdico y los vaporizado-res de GNL.

Sistema de captacin de agua de mar

Est constituido por un cajn de hormi-gn, construido sobre una escollera. Elcajn tiene el lado sur abierto al mar y elsuperior cubierto con una rejilla y divi-dido longitudinalmente en compartimen-tos. Se dispone de un sistema de rejillasdesmontables (independientes para cadacompartimento), que actan de elementode filtracin gruesa del agua del mar.Estn construidas por mdulos super-puestos a base de barras de 20 mm de di-metro, separadas entre s 30 mm, en bas-tidores de 2,9 m x 2 m.

El grupo de bombeo est constituidopor bombas centrfugas verticales, ubi-cadas cada una en un compartimento delcajn de captacin de agua de mar. Tieneuna longitud global de eje de 10 m apro-ximadamente.

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RESUMENEl presente artculo trata de las instalaciones de vaporizacin de gas natural licuado(GNL) con agua de mar, tcnica que implica un importante aprovechamiento deenerga calorfica natural. Se enuncian primero las propiedades del GNL, conti-nuando con la descripcin general de los componentes tpicos en las instalacionesde vaporizadores industriales de GNL. A continuacin se exponen las caracters-ticas tcnicas de los vaporizadores de agua de mar y se desarrolla el mtodo uti-lizado para su clculo de caudales y reas de intercambio de calor a partir de uncaudal nominal de GNL.

Figura 1. Esquema de la cadena del proceso de distribucin del GNL.

Pozo Instalacin delicuefaccin

Instalacin devaporizacin

Sistema degaseoductos

Regin consumidoraRegin productora

Tanque dealmacenamiento

de GNL

Tanque dealmacenamiento

de GNL

Buque tanque de GNL

Composicin media CH4 91,2%del GNL procedente

C2H6 6,5%de ArgeliaCH8 1,1%

CH10 0,2%

N2 1,0%

Propiedades fsicas Punto de fusin -182,5 Ctcnicamente ms

Punto de ebullicin -161,0 CdestacablesPoder calorfico superior 42,3 Mj/m3 (n)

Poder calorfico inferior 38,1 Mj/m3 (n)

Calor latente de vaporizacin (l) 121,86 kcal/kga presin atmosfrica

Calor especfico a presin 16,48 kcal/kgKconstante (cp) a p. atm.

Tabla 1. Composicin media y propiedades fsicas del GNL.

Sistema de filtracin de agua de mar

Se trata de filtros automticos autolim-piables por flujo de agua en contraco-rriente. El elemento filtrante est cons-tituido por tubos de acero inoxidable,situados en posicin vertical dentro de uncuerpo cilndrico revestido de un mate-rial sinttico resistente a la corrosin.

Su capacidad es de 4.000 m3 / h; elagua dentro del cuerpo pasa a travs dela superficie filtrante por el interior de los tubos donde quedan retenidas laspartculas slidas del tamao superior alpaso de la malla.

Cuando el programador inicia el ciclode limpieza previsto por temporizacin,o bien cuando se haya acumulado sufi-ciente material para producir una dife-rencia de presin de consigna al paso delfluido (generalmente 750 mbar), seacciona el mecanismo de autolimpieza,abrindose la vlvula automtica defondo. La presin interna del filtro pro-duce una inversin de un flujo de agualimpia hacia el interior de los tubos arras-trando los slidos acumulados hacia laconexin inferior y saliendo por la tube-ra de evacuacin.

Sistema de suministro de agua de mar

Para evitar problemas de corrosin, elmaterial empleado es polister reforzadocon fibra de vidrio. Las lneas de impul-sin de cada bomba disponen de unas vl-vulas de cierre de bola (vlvulas de purgaautomticas) para facilitar la evacua-cin del aire al iniciarse el bombeo evi-

tando con ello la formacin de aire en elcircuito.

Sistema de cloracin

El sistema de cloracin est formado porbombas, con un caudal estimado de 50-500 l/h, y el depsito de hipoclorito.Cada 8 horas se inyectar en la aspira-cin de la bomba dosificadora correspon-diente un caudal de hipoclorito sdicode 40 l/h. Esta dosificacin en continuopuede hacerse en modo manual o enautomtico.

Vaporizadores abiertos de agua de marGeneralmente cada vaporizador se com-pone de dos mdulos independientes for-

mados por una serie de tubos aleteadospor cuyo interior pasa GNL y por elexterior resbala el agua de mar. La lneade entrada de GNL por los vaporiza-dores est regulada por enclavamientosque coordinan el caudal de entrada deGNL con el de salida de gas naturalvaporizado. La tabla 2 resume sus espe-cificaciones tcnicas ms usuales.

En los vaporizadores se aporta alGNL procedente de las bombas secun-darias la energa de cambio de estado ycalentamiento hasta por encima de 0 C.

El proceso de vaporizacin se realizaen vaporizadores abiertos (Fig. 6), constitui-dos por paneles de tubos aleteados porcuyo interior circula el GNL, calenta-dos en el exterior por una cortina de agua

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Figura 2. Imagen de una instalacin de muelle deGNL.

Figura 3. Esquema del diseo conceptual de los tanques de almacenamiento de GNL.

Cubierta de hormignRevestimiento de acero

Aislamiento superior

Pared de hormign

Aislamiento

BombeoGNL

Cimentacin

Cubierta flotante

Tanque de aceroal nquel

Pared elstica

Aislantes ssmicosAislamiento de fibra

de vidrio

Figura 4. Imagen de un vaporizador de tablero abierto.

Figura 5. Imagen de siete vaporizadores de combustin sumergidos.

de mar que cae resbalando sobre dichospaneles. Los paneles se disponen vertical-mente, colgados de una estructura de hor-mign y unidos entre s por un colectorde GNL en la parte inferior y uno degas en la superior. Los tubos tienen aletaslongitudinales en el exterior. Su seccininterior es en estrella y cuenta con unalmina helicoidal interna que favorece laebullicin estable en el interior del tubo.

El agua que acta como fluido calien-te se bombea a unos canalones abiertos(situados sobre la parte superior de lospaneles) que al desbordarse provocan laformacin de una lmina vertical de aguaque baa ambas caras del panel. El aguase recoge en la balsa que forma la parteinferior de la estructura de hormign yes enviada desde aqu al mar, para repe-tir el ciclo. Los tubos y colectores son dealuminio que se protege de la corrosinpor metalizado a base de una aleacin con2% de Zn y 98% de Al. Sobre este meta-lizado se aplica una capa de pintura epoxi.

El control del caudal de gas emitidopor cada red se realiza por regulacinautomtica, posicionando la vlvula decontrol de caudal de GNL en la entradaal vaporizador en funcin del valor deconsigna, y con la temperatura del gas de salida como variable primaria, predo-minante sobre el caudal de GNL.

Vaporizadores de combustinsumergidaSe suelen instalar para sustituir a losvaporizadores abiertos en caso de avera

de stos, por falta de aportacin de aguao en perodos de mantenimiento. Enestos vaporizadores el fluido caliente loconstituye un bao de agua calentado porcombustin de gas natural. El GNL cir-cula por el interior de un serpentn for-mado por tubos lisos de acero inoxida-ble austentico, que est sumergido en elmencionado bao. El calentamiento delbao se produce por contacto directo conlos productos de combustin, por lo queel rendimiento energtico es muy alto.Adems, el coeficiente de transmisin decalor en el lado exterior del serpentn esmuy alto por la agitacin que provoca enel agua el paso de los gases de combus-tin, llegando a valores entre 2 y 3 vecessuperiores a los que se consigue en losvaporizadores de agua de mar. No obs-tante, el coste de operacin de estosvaporizadores es muy superior al de losde agua, ya que adems del coste del gascombustible, la energa requerida para lacompresin del aire de combustin a la presin requerida por los quemadores,es mayor que la necesaria para el bom-beo del agua. Por lo indicado, la utili-zacin de los vaporizadores de combus-tin sumergida debe ser lo ms bajaposible.

Metodologa de clculo de losvaporizadores agua de mar paraGNLClculo del caudal de agua de marnecesario para vaporizar unacorriente de GNLEl planteo inicial es un balance de ener-ga calorfica aplicado al vaporizador deGNL:

(1)

Este balance se aplica a un procesocontinuo, por lo que la expresin (1)adopta la forma:

Wf Cef,l (Te Tf,1) + Wf f + Wf Cef,g (Tf,2-Te) = Wc Cec tc +

prdidas (2)Donde:Wf: caudal msico del GNL (kg / h)Cef,l: calor especfico a presin cons-

tante del GNLCef,g: calor especfico a presin cons-

tante del GN vaporizadof: calor latente de vaporizacin del

GNLTf,1: Temperatura de entrada del GNLTe: Temperatura de vaporizacin del

GNLTf,2: Temperatura de salida del GN

vaporizadoWc: caudal de la masa de agua de mar

(kg / h)Cec: calor especfico a presin cons-

tante del agua de mar = 0,932 kcal/kg C

Para un determinado caudal volum-trico nominal de GNL a vaporizar, lacantidad de calor intercambiado entre elGNL y el agua de mar depende de ladensidad del GNL, ya que sta define sucaudal msico, su calor latente de vapo-rizacin y su calor especfico. A su vez,la densidad del GNL depende de las con-diciones de presin y temperatura a lasque se halla.

Aqu se ha desarrollado la aplicacinal caso de GNL con densidad: GNL =494,62 kg/m3, para un mdulo de va-porizacin con un caudal nominal de 150 m3 / h de GNL, que corresponde a las especificaciones indicadas en la ta-bla 2. El cambio de fase del GNL se pro-duce, para cada valor de presin (porencima de su presin crtica), a una tem-peratura determinada. La figura 7 mues-tra, a ttulo informativo, la curva de equi-librio presin-temperatura del GNLentre 180 C y 110 C.

A la presin nominal de 73-74 bares,a la que trabaja el vaporizador, el GNLempieza a vaporizarse a 50 C. En la pri-mera parte del circuito el GNL aumentasu calor sensible desde 160 C hasta latemperatura de vaporizacin.

En el tramo del intercambiador enque se produce la vaporizacin del GNLla temperatura no se mantiene constan-te, sino que tanto la fraccin de GNLtodava no evaporada como la de gasvaporizado siguen aumentando. Esto esdebido a que la fase gas formada aumen-ta su calor sensible, proceso promovidopor el an elevado salto trmico entreambos lados del intercambiador (la pa-red externa con agua de mar est a unos10 C), con lo que aumenta la presininterior y se modifica el equilibrio a una

Tcnica Industrial 268 / Marzo - Abril 200728

Lado interior

Material Aluminio

Presin de diseo 130 bar

Temperatura de diseo -170 / +65 (C)

Volumen 0,60-0,70 m3

Presin de prueba 195 bar

Temperatura de prueba 20 C

Presin de operacin 74 bar

Temperatura de operacin -160 / +1 (C)

Corrosin 0 mm

Fluido contenido GNL / GN

Caudal mximo 150 m3 / hpor mdulo de GNL

Lado exterior (a P. atm.)

T de diseo 0 / 65 C

T de operacin del agua 14 / 25 C

Fluido Agua de mar

Tabla 2. Especificaciones tcnicas tpicas de unvaporizador abierto de agua de mar.

Figura 6. Esquema de un vaporizador de agua demar abierto.

temperatura superior. A su vez, esto pro-mueve el aumento del calor sensible dela fase lquida an no vaporizada, etc.

Por ltimo, una vez vaporizado todoel gas natural, ste acaba de calentarse

hasta aproximadamente 1 C, tempera-tura a la que abandona el vaporizador.

El calor latente de vaporizacin delGNL depende de la temperatura a la quetiene lugar el cambio de fase, como

muestra la figura 8. Asimismo, el calorespecfico del GNL y del GN vaporizadotambin dependen de la temperatura, ysu variacin es significativa en el tramode temperaturas a las que trabaja el inter-cambiador (ver figura 9).

Por lo indicado, los coeficientes Cef,l , f y Cef,g de la ecuacin (2) varan nota-blemente a lo largo del intercambiadoren el intervalo de temperaturas de tra-bajo, y para el clculo del calor horariointercambiado es necesario dividir elintervalo total de temperaturas en tra-mos ms cortos en los que se consideranconstantes los parmetros indicados. Lafigura 10 muestra la representacin gr-fica del clculo descrito.

Segn el clculo expuesto, el calor querequiere ganar la corriente de GNL de150 m3/h de densidad de 494,62 kg/m3

es de 21,89106 kcal/h.La legislacin vigente fija la tempe-

ratura mnima a la que se puede arrojaragua al mar en 5 C. Por lo tanto, se es-coge esta temperatura como la tempera-tura de salida del agua de mar, ya que unainferior no estara permitida. Se ha con-siderado la temperatura de entrada de aguade mar de 11 C, su temperatura mediaen invierno, ya que sera la situacin lmitems desfavorable en que se precisara mscaudal de agua:

tc = t.c2 - t.c1 = 11 - 5 = 6 C

Las prdidas de calor se considerannulas, ya que sern de unas pocas calo-ras en comparacin con el calor inter-cambiado.

21,89 106 kcal/h = Wc Cec tc (3)

Despejando en (3) el flujo msico deagua, se obtiene:

Aplicando el peso especfico del aguade mar ( agua de mar = 1,026 kg / L) se cal-cula el caudal de agua necesario:

(5)

Para otras variedades de GNL de dis-tinta densidad, el clculo es totalmenteparalelo. La tabla 3 resume los resulta-dos obtenidos para tres casos de GNLcon diferentes densidades.

En la tabla 3 puede verse cmo al dis-minuir la densidad del GNL disminuyeel calor intercambiado, y por lo tanto el

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128,6

123,6

118,6

113,6

108,6

103,6

98,6

93,6

88,6Cal

or la

tent

e de

vap

oriz

aci

n (k

cal/k

g)

Temperatura (C)180 170 160 150 140 130 120

Figura 8. Calor latente del GNL en funcin de la temperatura.

Cp

(kca

l/kg

k)

Temperatura (C)200 150 100 50 0 50

2,5

2

1,5

1

0,5

0

Figura 9. Calor especfico a presin constante en funcin de la temperatura para el GNL de densidad de494,62 kg/m3. ( Fase lquida; Fase gas).

20

18

16

14

12

10

8

6

4

2

0

Pre

sin

(bar

)

Temperatura (C)180 170 160 150 140 130 120 110

Figura 7. Diagrama de equilibrio presin - temperatura del GNL.

(4)

caudal de agua necesario es menor. UnGNL ms denso contiene ms masa porunidad de volumen y por tanto necesitams cantidad de calor para vaporizarse.

Clculo del rea media delintercambiador

Se expone ahora el clculo del reamedia del intercambiador para la situa-cin en la que el caudal de agua de marnecesario es mayor (es decir, para elGNL de mayor densidad), ya que ser elcaso en que el rea del intercambiador

ser mayor. Para densidades menores deGNL el intercambiador calculado tam-bin ser vlido.

Datos: GNL = 494,62 kg/m3

Coeficiente global de transmisinde calor referido al Am Um = 177 kcal/ hkgC. Este dato es proporcionadopor el constructor del vaporizador, mate-rial SB-221 6063-T5 (cdigo Asme, sec-

cin II, parte B) construido mayoritaria-mente de aluminio.

Temperaturas de entrada y salida delagua de mar tc2 = 11 C; tc1 = 5 C

Al igual que en el clculo del caudalde agua de mar, se supone el caso ms-desfavorable, cuando la temperatura deentrada del agua de mar es menor.

Temperaturas de entrada y salida delGNL tf1 = -164,35 C; tf2 = 1,1 C

A partir de la ecuacin de diseo deintercambiadores de calor se asla el reamedia de intercambio, Am :

(6)

tm es el salto trmico medio entreambos lados del intercambiador. El gr-fico de la figura 11 da una idea del esca-lado de temperaturas. tm generalmentese calcula como la media logartmica dela diferencia de temperaturas entre ambascorrientes a la entrada y a la salida delintercambiador, t1 y t2 ,segn la laecuacin (7).

(7)

Para el presente caso:

(8)

(9)

(10)

Por ltimo, el rea media de intercam-bio ser:

(11)

ConclusionesLos vaporizadores de agua de mar paraGNL constituyen una aplicacin de laingeniera qumica al ahorro energtico,pues utilizan el calor sensible del aguade mar, con la energa del bombeo co-mo nico coste de operacin del fluidotrmico de la instalacin. El agua esdevuelta al mar sin ninguna contami-nacin, y a una temperatura suficien-temente alta como para no daar el

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Cal

or in

terc

ambi

ado

kcal

* 1

06/h

Temperatura (C)200 150 100 50 0 50

25

20

15

10

5

0

Figura 10. Calor intercambiado en funcin de la temperatura para GNL de densidad de 494,62 kg/m3

Densidad del GNL Calor intercambiado Flujo msico de Caudal de agua (kg/m3) (kcalx106/h) agua (kgx106/h) (Lx106/h)

494,62 21,89 3,91 3,82

457,82 20,3 3,63 3,54

438,92 19,56 3,50 3,41

Tabla 3. Caudal de agua necesaria para vaporizar el GNL en funcin de la temperatura.

Figura 11. Diferencia de temperaturas entre el agua de mar (fluido caliente) y el GNL (fluido fro).

A

Kcalh

Kcalh Kg C

Cmm =

=

21 89 10

177 56 1562202 3

6

2, ?

,

,

tc2 = 11

tf2 = 1,1C

Agua de marGNL

t2

t1

tf1 = 164,35 C

tc1 = 5 C

L (m)

Disposicin de flujo: Contracorriente

t mt t

tt

( ) = 1 21

2

ln

t tc tf1 1 1 5 164 35= = =( , )C169 35= ,

t tc tf C2 2 1 11 1 1 9 9= = =, ,

t Cm =

=169 35 9 9

169 359 9

56 156, ,

ln ,,

,

entorno de la plataforma martima. Elclculo del calor intercambiado implicabalances de energa combinados con lainformacin termodinmica de la varia-bilidad del calor latente y del calor sen-sible del gas natural con respecto a latemperatura.

BibliografaInstituto Superior de la Energa (Mster en Gas y Elec-

tricidad). Cedido por ENAGAS S.A. Standard for the Production, Storage, and Handling of

Liquefied Natural Gas (LNG), ANSI-NFPA- 59 A,National Fire Protection Association, 1990.

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http://www.beg.utexas.edu/energyecon/lng/docu-ments/CEE_Sistemas_de_Seguridad_y_Protec-cion_de_GNL.pdf

www.cedigaz.org (The International Association forNatural Gas)

www.soltex.cl/imagenes/ img/alternate.gifwww.iea.org (International Energy Agency)

AUTORESFrancesc Estrany CodaProfesor titular de la Unidad de Qumica de laEscuela Universitaria de Ingeniera TcnicaIndustrial de Barcelona (UPC)

Jordi Dosta ParcerisaCatedrtico de la Unidad de Qumica de laEscuela Universitaria de Ingeniera TcnicaIndustrial de Barcelona (UPC)

Judith Prez GonzlezIngeniero tcnico industrial por la EscuelaUniversitaria de Ingeniera Tcnica Industrial deBarcelona (UPC)

Soraya Muoz CameoIngeniero tcnico industrial por la EscuelaUniversitaria de Ingeniera Tcnica Industrial deBarcelona (UPC)

Oscar Rodrguez VallsIngeniero tcnico industrial por la EscuelaUniversitaria de Ingeniera Tcnica Industrial deBarcelona (UPC)