evaporizador

Técnica Industrial 268 / Marzo - Abril 200724

Propiedades del gas naturallicuado (GNL)El gas natural extraído en el cabezal delpozo se compone de metano, etano, pro-pano e hidrocarburos más pesados, asícomo cantidades pequeñas de nitrógeno,helio, dióxido de carbono, compuestosde azufre y agua. La tabla 1 relaciona lacomposición media del GNL y sus pro-piedades físicas más importantes.

El proceso de licuefacción del gasnatural requiere de un tratamiento pre-vio para eliminar impurezas como elagua, nitrógeno, anhídrido carbónico,gas sulfhídrico y otros compuestos deazufre, para que no se puedan formarsólidos en la licuación, que se producea una temperatura de aproximadamente-160 °C.

El GNL sólo ocupa 1/600 parte delvolumen requerido para la misma canti-dad de gas natural a temperatura am-biente y presión atmosférica. El GNL esun líquido extremadamente frío, que nose almacena bajo presión (en contra dela equivocada creencia común). Bajo lapresión atmosférica normal, el GNL esun líquido criogénico, no corrosivo y notóxico. Sin embargo, al igual que cual-quier otro gas inerte, el gas natural vapo-rizado de GNL puede causar asfixiapor falta de oxígeno cuando se concen-

tra en áreas cerradas y sin ventilación.La densidad de GNL es de aproxima-

damente 450 kg/m3. Al ser más ligero queel agua, si se derrama sobre el agua flotay se vaporiza rápidamente. Al regresara su fase gas, los vapores emitidos porel GNL pueden ser inflamables y explo-sivos, pero sólo en determinada concen-tración, el llamado nivel de inflamabili-dad. Es el rango entre las concentracionesmínimas y máximas de vapor (en % envolumen) en el cual el aire y los vaporesde GNL forman una mezcla inflamablelo que puede alcanzar el punto de igni-ción. Los límites superior e inferior de infla-mabilidad del metano, el componenteprincipal del vapor de GNL, son del 5y 15% en volumen, respectivamente. Aconcentraciones superiores al límite supe-rior de inflamabilidad, no podrá quemarsedebido a que no hay suficiente oxígeno.Es el caso de un tanque de almacena-miento cerrado y seguro en donde la con-centración del vapor es aproximadamente100% de CH4. A concentraciones meno-res que el límite inferior de inflamabilidad,no podrá quemarse debido a que nohay suficiente metano. Es el caso delderrame de pequeñas cantidades de GNLen un área bien ventilada, en que el vaporde GNL se mezcla rápidamente con elaire hasta una concentración menor al

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

La temperatura de autoignición es latemperatura más baja en la que el vaporde gas inflamable puede arder de formaespontánea sin necesidad de una fuentede ignición, después de varios minutos deexposición a una fuente de calor. La tem-peratura de autoignición de vapores deGNL aproximadamente al 10% (puntomedio de los límites de inflamabilidad)en el aire es superior a los 540 °C a pre-sión atmosférica. Esta temperatura extre-madamente alta requiere una fuenteimportante de radiación termal, de locontrario el vapor generalmente se dis-persa en la atmósfera y no tiene lugar unincendio. En comparación con otroscombustibles líquidos, el vapor de GNLnecesita una temperatura muy alta paraque ocurra la autoignición.

En resumen, el GNL es una sustan-cia extremadamente fría, no tóxica, nocorrosiva que se transfiere y almacenabajo presión atmosférica, se refrigera yno se presuriza, lo que permite que elGNL sea un método efectivo y econó-mico de transportar grandes volúmenesde gas natural a grandes distancias. ElGNL presenta pocos peligros siempreque se contenga en tanques de almace-

FRANCESC ESTRANY CODA, JORDI DOSTA PARCERISA, JUDITH PÉREZ GONZÁLEZ, SORAYAMUÑOZ CAMEO Y ÓSCAR RODRÍGUEZ VALLS

Esta aplicación de la ingeniería química al ahorro energético consigue unimportante aprovechamiento de energía calorífica natural

Vaporizadores de agua de mar para gas naturallicuado

namiento, conducciones y equipos dise-ñados para soportar la condición criogé-nica de GNL.

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

1. Producción de gas natural, el procesode exploración y producción de gas natu-ral para su entrega a una planta procesa-dora.

2. Licuefacción, la conversión de gasnatural a un estado líquido para su trans-porte por medio de buques tanque.

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

4. Regasificación, la conversión deGNL a su fase gaseosa y el paso del lí-quido criogénico por los vaporizadores.

5. Distribución y entrega de gas naturala través del sistema de gaseoductos del paísy su distribución a los usuarios finales.

El proceso de almacenamiento es el querequiere el enfoque principal en materiade seguridad y protección. Después 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 regasificación almacenan elGNL antes de ser regasificado y trans-portado a través de los gaseoductos.

Instalaciones típicas de GNLPrincipalmente consisten en instalacio-nes marítimas, instalaciones de recep-ción, de almacenamiento y regasificaciónde GNL.

Instalaciones marítimas

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

Almacenamiento del GNL

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

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 presiónatmosférica 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 protección al tanque interno encasos de fisuras, únicamente mantiene alaislante en su lugar.

El tanque interno que está en contactocon el GNL líquido se elabora con mate-riales adecuados para el servicio criogé-nico, y cuenta con un fondo metálicoplano y una pared cilíndrica de metal ela-borados con materiales apropiados paratemperaturas criogénicas (normalmen-te con 9% de Ni). El fondo del tanqueinterno descansa sobre material ais-lante rígido, como la fibra de vidrio. Laestructura del tanque debe soportar lacarga hidrostática 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 cúpula con barrera de vapor,y una pared externa (generalmente de

Técnica Industrial 268 / Marzo - Abril 2007 25

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

Instalaciones de regasificación de GNL

Cada tanque de almacenamiento deGNL contiene bombas para transferir elGNL a los vaporizadores. Se puede usarel aire atmosférico, el agua de mar a apro-ximadamente 15 °C u otros medios comoel agua caliente, para permitir la conver-sión de GNL frío (por medio de un inter-cambiador térmico) a gas. Los tipos devaporizadores más comúnmente usadosson: el de tablero abierto (ORV por sussiglas en inglés) y el de combustiónsumergida (SCV por sus siglas en inglés).

El vaporizador de tablero abierto (OpenRack Vaporizer – ORV), cuya instalación 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 térmico, 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 circulación de agua ca-liente. Los ORV se caracterizan por serde construcción sencilla, fácil manteni-miento y alta fiabilidad.

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

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

Características técnicas de losvaporizadores de GNLDescripción general de la instalaciónLos vaporizadores de agua de mar sonintercambiadores de calor en los cualespor la parte inferior e interior del módulosube gas, el GNL, en estado líquido y porel exterior cae por gravedad agua de marimpulsada desde la captación 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 está forma-do por los siguientes equipos: las bom-bas de captación de agua de mar, los filtrosde agua de mar, las bombas de inyecciónde hipoclorito sódico y los vaporizado-res de GNL.

Sistema de captación de agua de mar

Está constituido por un cajón de hormi-gón, construido sobre una escollera. Elcajón 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 actúan de elementode filtración gruesa del agua del mar.Están construidas por módulos super-puestos a base de barras de 20 mm de diá-metro, separadas entre sí 30 mm, en bas-tidores de 2,9 m x 2 m.

El grupo de bombeo está constituidopor bombas centrífugas verticales, ubi-cadas cada una en un compartimento delcajón de captación de agua de mar. Tieneuna longitud global de eje de 10 m apro-ximadamente.


RESUMENEl presente artículo trata de las instalaciones de vaporización de gas natural licuado(GNL) con agua de mar, técnica que implica un importante aprovechamiento deenergía calorífica natural. Se enuncian primero las propiedades del GNL, conti-nuando con la descripción general de los componentes típicos en las instalacionesde vaporizadores industriales de GNL. A continuación se exponen las caracterís-ticas técnicas de los vaporizadores de agua de mar y se desarrolla el método uti-lizado para su cálculo de caudales y áreas de intercambio de calor a partir de uncaudal nominal de GNL.

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

Pozo Instalación delicuefacción

Instalación devaporización

Sistema degaseoductos

Región consumidoraRegión productora

Tanque dealmacenamiento

de GNL

Tanque dealmacenamiento

de GNL

Buque tanque de GNL

Composición media CH4 91,2%del GNL procedente

C2H6 6,5%de ArgeliaCH8 1,1%

CH10 0,2%

N2 1,0%

Propiedades físicas Punto de fusión -182,5 ºCtécnicamente más

Punto de ebullición -161,0 ºCdestacablesPoder calorífico superior 42,3 Mj/m3 (n)

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

Calor latente de vaporización (l) 121,86 kcal/kga presión atmosférica

Calor específico a presión 16,48 kcal/kg·Kconstante (cp) a p. atm.

Tabla 1. Composición media y propiedades físicas del GNL.

Sistema de filtración de agua de mar

Se trata de filtros automáticos autolim-piables por flujo de agua en contraco-rriente. El elemento filtrante está cons-tituido por tubos de acero inoxidable,situados en posición vertical dentro de uncuerpo cilíndrico revestido de un mate-rial sintético resistente a la corrosión.

Su capacidad es de 4.000 m3 / h; elagua dentro del cuerpo pasa a través dela superficie filtrante por el interior de los tubos donde quedan retenidas laspartículas sólidas del tamaño superior alpaso de la malla.

Cuando el programador inicia el ciclode limpieza previsto por temporización,o bien cuando se haya acumulado sufi-ciente material para producir una dife-rencia de presión de consigna al paso delfluido (generalmente 750 mbar), seacciona el mecanismo de autolimpieza,abriéndose la válvula automática defondo. La presión interna del filtro pro-duce una inversión de un flujo de agualimpia hacia el interior de los tubos arras-trando los sólidos acumulados hacia laconexión inferior y saliendo por la tube-ría de evacuación.

Sistema de suministro de agua de mar

Para evitar problemas de corrosión, elmaterial empleado es poliéster reforzadocon fibra de vidrio. Las líneas de impul-sión de cada bomba disponen de unas vál-vulas de cierre de bola (válvulas de purgaautomáticas) para facilitar la evacua-ción del aire al iniciarse el bombeo evi-

tando con ello la formación de aire en elcircuito.

Sistema de cloración

El sistema de cloración está formado porbombas, con un caudal estimado de 50-500 l/h, y el depósito de hipoclorito.Cada 8 horas se inyectará en la aspira-ción de la bomba dosificadora correspon-diente un caudal de hipoclorito sódicode 40 l/h. Esta dosificación en continuopuede hacerse en modo manual o enautomático.

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

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

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

El proceso de vaporización 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


Figura 2. Imagen de una instalación de muelle deGNL.

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

Cubierta de hormigónRevestimiento de acero

Aislamiento superior

Pared de hormigón

Aislamiento

BombeoGNL

Cimentación

Cubierta flotante

Tanque de aceroal níquel

Pared elástica

Aislantes sísmicosAislamiento de fibra

de vidrio

Figura 4. Imagen de un vaporizador de tablero abierto.

Figura 5. Imagen de siete vaporizadores de combustión sumergidos.

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

El agua que actúa como fluido calien-te se bombea a unos canalones abiertos(situados sobre la parte superior de lospaneles) que al desbordarse provocan laformación de una lámina vertical de aguaque baña ambas caras del panel. El aguase recoge en la balsa que forma la parteinferior de la estructura de hormigón yes enviada desde aquí al mar, para repe-tir el ciclo. Los tubos y colectores son dealuminio que se protege de la corrosiónpor metalizado a base de una aleación 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 regulaciónautomática, posicionando la válvula decontrol de caudal de GNL en la entradaal vaporizador en función del valor deconsigna, y con la temperatura del gas de salida como variable primaria, predo-minante sobre el caudal de GNL.

Vaporizadores de combustiónsumergidaSe suelen instalar para sustituir a losvaporizadores abiertos en caso de avería

de éstos, por falta de aportación de aguao en períodos de mantenimiento. Enestos vaporizadores el fluido caliente loconstituye un baño de agua calentado porcombustión de gas natural. El GNL cir-cula por el interior de un serpentín for-mado por tubos lisos de acero inoxida-ble austenítico, que está sumergido en elmencionado baño. El calentamiento delbaño se produce por contacto directo conlos productos de combustión, por lo queel rendimiento energético es muy alto.Además, el coeficiente de transmisión decalor en el lado exterior del serpentín esmuy alto por la agitación que provoca enel agua el paso de los gases de combus-tión, 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 operación de estosvaporizadores es muy superior al de losde agua, ya que además del coste del gascombustible, la energía requerida para lacompresión del aire de combustión a la presión requerida por los quemadores,es mayor que la necesaria para el bom-beo del agua. Por lo indicado, la utili-zación de los vaporizadores de combus-tión sumergida debe ser lo más bajaposible.

Metodología de cálculo de losvaporizadores agua de mar paraGNLCálculo del caudal de agua de marnecesario para vaporizar unacorriente de GNLEl planteo inicial es un balance de ener-gía calorífica aplicado al vaporizador deGNL:

(1)

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

Wf · Cef,l · (Te –Tf,1) + Wf · λf + Wf ·Cef,g · (Tf,2-Te) = Wc · Cec · Δtc +

pérdidas (2)Donde:Wf: caudal másico del GNL (kg / h)Cef,l: calor específico a presión cons-

tante del GNLCef,g: calor específico a presión cons-

tante del GN vaporizadoλf: calor latente de vaporización del

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

GNLTf,2: Temperatura de salida del GN

vaporizadoWc: caudal de la masa de agua de mar

(kg / h)Cec: calor específico a presión cons-

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

Para un determinado caudal volumé-trico nominal de GNL a vaporizar, lacantidad de calor intercambiado entre elGNL y el agua de mar depende de ladensidad del GNL, ya que ésta define sucaudal másico, su calor latente de vapo-rización y su calor específico. A su vez,la densidad del GNL depende de las con-diciones de presión y temperatura a lasque se halla.

Aquí se ha desarrollado la aplicaciónal caso de GNL con densidad: ρGNL =494,62 kg/m3, para un módulo de va-porización 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 presión (porencima de su presión crítica), a una tem-peratura determinada. La figura 7 mues-tra, a título informativo, la curva de equi-librio presión-temperatura del GNLentre –180 ºC y –110 ºC.

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

En el tramo del intercambiador enque se produce la vaporización del GNLla temperatura no se mantiene constan-te, sino que tanto la fracción de GNLtodavía no evaporada como la de gasvaporizado siguen aumentando. Esto esdebido a que la fase gas formada aumen-ta su calor sensible, proceso promovidopor el aún elevado salto térmico entreambos lados del intercambiador (la pa-red externa con agua de mar está a unos10 ºC), con lo que aumenta la presióninterior y se modifica el equilibrio a una


Lado interior

Material Aluminio

Presión de diseño 130 bar

Temperatura de diseño -170 / +65 (ºC)

Volumen 0,60-0,70 m3

Presión de prueba 195 bar

Temperatura de prueba 20 ºC

Presión de operación 74 bar

Temperatura de operación -160 / +1 (ºC)

Corrosión 0 mm

Fluido contenido GNL / GN

Caudal máximo 150 m3 / hpor módulo de GNL

Lado exterior (a P. atm.)

Tª de diseño 0 / 65 ºC

Tª de operación del agua 14 / 25 ºC

Fluido Agua de mar

Tabla 2. Especificaciones técnicas típicas 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 líquida aún no vaporizada, etc.

Por último, una vez vaporizado todoel gas natural, éste acaba de calentarse

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

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

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

Por lo indicado, los coeficientes Cef,l , λf y Cef,g de la ecuación (2) varían nota-blemente a lo largo del intercambiadoren el intervalo de temperaturas de tra-bajo, y para el cálculo del calor horariointercambiado es necesario dividir elintervalo total de temperaturas en tra-mos más cortos en los que se consideranconstantes los parámetros indicados. Lafigura 10 muestra la representación grá-fica del cálculo descrito.

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

es de 21,89·106 kcal/h.La legislación vigente fija la tempe-

ratura mínima a la que se puede arrojaragua al mar en 5 ºC. Por lo tanto, se es-coge esta temperatura como la tempera-tura de salida del agua de mar, ya que unainferior no estaría permitida. Se ha con-siderado la temperatura de entrada de aguade mar de 11 ºC, su temperatura mediaen invierno, ya que sería la situación límitemás desfavorable en que se precisaría máscaudal de agua:

Δtc = t.c2 - t.c1 = 11 - 5 = 6 ºC

Las pérdidas de calor se considerannulas, ya que serán de unas pocas calo-rías en comparación con el calor inter-cambiado.

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

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

Aplicando el peso específico del aguade mar (ρ 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 cálculo es totalmenteparalelo. La tabla 3 resume los resulta-dos obtenidos para tres casos de GNLcon diferentes densidades.

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


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

ació

n (k

cal/k

g)

Temperatura (°C)–180 –170 –160 –150 –140 –130 –120

Figura 8. Calor latente del GNL en función 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 específico a presión constante en función de la temperatura para el GNL de densidad de494,62 kg/m3. (� Fase líquida; � Fase gas).

20

18

16

14

12

10

8

6

4

2

0

Pre

sión

(bar

)

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

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

(4)

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

Cálculo del área media delintercambiador

Se expone ahora el cálculo del áreamedia del intercambiador para la situa-ción en la que el caudal de agua de marnecesario es mayor (es decir, para elGNL de mayor densidad), ya que será elcaso en que el área del intercambiador

será mayor. Para densidades menores deGNL el intercambiador calculado tam-bién será válido.

Datos:ρ GNL = 494,62 kg/m3

Coeficiente global de transmisiónde calor referido al Am → Um = 177 kcal/ h·kg·ºC. Este dato es proporcionadopor el constructor del vaporizador, mate-rial SB-221 6063-T5 (código Asme, sec-

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

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

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

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

A partir de la ecuación de diseño deintercambiadores de calor se aísla el áreamedia de intercambio, Am :

(6)

Δtm es el salto térmico medio entreambos lados del intercambiador. El grá-fico de la figura 11 da una idea del esca-lado de temperaturas. Δtm generalmentese calcula como la media logarítmica dela diferencia de temperaturas entre ambascorrientes a la entrada y a la salida delintercambiador, Δt1 y Δt2 ,según la laecuación (7).

(7)

Para el presente caso:

(8)

(9)

(10)

Por último, el área media de intercam-bio será:

(11)

ConclusionesLos vaporizadores de agua de mar paraGNL constituyen una aplicación de laingeniería química al ahorro energético,pues utilizan el calor sensible del aguade mar, con la energía del bombeo co-mo único coste de operación del fluidotérmico de la instalación. El agua esdevuelta al mar sin ninguna contami-nación, y a una temperatura suficien-temente alta como para no dañar el


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 función de la temperatura para GNL de densidad de 494,62 kg/m3

Densidad del GNL Calor intercambiado Flujo másico 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 función de la temperatura.

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

A

Kcalh

Kcalh Kg C

Cmm =

⋅ ⋅⋅

=21 89 10

177 56 1562202 3

6

2, ?

º, º

,

tc2 = 11

tf2 = 1,1°C

Agua de marGNL

Δt2

Δt1

tf1 = –164,35 °C

tc1 = 5 °C

L (m)

Disposición de flujo: Contracorriente

Δ Δ ΔΔΔ

t mt t

tt

( ) = −1 2

1

2

ln

Δt tc tf1 1 1 5 164 35= − = − − =( , )C169 35= , º

Δt tc tf C2 2 1 11 1 1 9 9= − = − =, , º

Δt Cm = − =169 35 9 9169 35

9 9

56 156, ,

ln,,

, º

entorno de la plataforma marítima. Elcálculo del calor intercambiado implicabalances de energía combinados con lainformación termodinámica de la varia-bilidad del calor latente y del calor sen-sible del gas natural con respecto a latemperatura.

BibliografíaInstituto Superior de la Energía (Máster 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 Química de laEscuela Universitaria de Ingeniería TécnicaIndustrial de Barcelona (UPC)

Jordi Dosta ParcerisaCatedrático de la Unidad de Química de laEscuela Universitaria de Ingeniería TécnicaIndustrial de Barcelona (UPC)

Judith Pérez GonzálezIngeniero técnico industrial por la EscuelaUniversitaria de Ingeniería Técnica Industrial deBarcelona (UPC)

Soraya Muñoz CameoIngeniero técnico industrial por la EscuelaUniversitaria de Ingeniería Técnica Industrial deBarcelona (UPC)

Oscar Rodríguez VallsIngeniero técnico industrial por la EscuelaUniversitaria de Ingeniería Técnica Industrial deBarcelona (UPC)

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