Proyecto - Investigacion

DISEO DE UN

PROCESO

TERMODINMICO PARA

LICUEFACCIN DE

METANO

REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

UNEXPO ANTONIO JOS DE SUCRE

VICE RECTORADO LUS CABALLERO MEJAS

DEPARTAMENTO DE INGENIERA MECNICA

PROYECTOS EN INGENIERA MECNICA

DISEO DE UN PROCESO TERMODINMICO

PARA LICUEFACCIN DE METANO EN

CASCADA SIMPLE

INSTRUCTOR: REALIZADO POR:

ING. GILBERTO DURN ALAYN, ROBERT

CADENA, ANDERSON

HERRERA, IVN

VALLES, JUAN

CARACAS, ABRIL DE 2014

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INDICE GENERAL

Pgina Introduccin 1 CAPITULO I

Planteamiento del Problema 2 Justificacin de la Investigacin 3

Objetivos 3 Alcance 4

Limitaciones 4 Aportes de la Investigacin 5

Definicin de Trminos Bsicos 5 CAPITULO II

Antecedentes Bibliogrficos 13 Antecedentes Histricos 14

Antecedentes de la Investigacin 21 Modelos relacionados a la Investigacin 28

Mtodo Seleccionado 31 Aspecto Legal 32 CAPITULO III

Marco Metodolgico 34 Unidad de Estudio 35

Tcnica de Recoleccin de Informacin 35 Instrumento de Recoleccin de Datos 36

Tcnica de Anlisis de Datos 36 Procedimiento Metodolgico 36

Anlisis Tcnico 37 Procedimiento Metodolgico de Clculo 38

Calendario de Actividades 41 CAPITULO IV

Exposicin de Resultados 42 CAPITULO V Conclusiones 66

Recomendaciones 68 Referencias Bibliogrficas 70

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INTRODUCCIN

Se pronostica que el gas natural en un futuro ser tan comercializable como el mismo

petrleo en la actualidad. Esto se debe a sus excelentes caractersticas energticas y su

aprovechamiento como combustible. En aos anteriores, el mismo era expulsado a la

atmosfera a travs de chimeneas o se desperdiciaba mediante el uso de quemadores en la

Industria Petrolera, desechando as todo este valioso recurso. Sin embargo en la actualidad

se desea hacer mayor uso del mismo as como comercializarlo, por lo que es necesario

hacer posible el transporte del gas, en forma lquida. Esto no es una tarea sencilla, y

empresas como la Conoco Phillips, que el da de hoy ha logrado licuar el gas natural, no

muestran al mundo como realizaron el proceso.

El trabajo a continuacin consiste en un proyecto de investigacin realizado con el fin de

conocer acerca del proceso de licuefaccin de metano, y de cmo Disear un Proceso

Termodinmico que sea capaz de obtener gas liquido. Se utilizaron para esta causa, los

conocimientos adquiridos con anterioridad en las ctedras de Termodinmica I y

Termodinmica II, as como material adquirido a travs de la bsqueda de informacin en

las diversas fuentes a las que se pudo acceder.

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CAPITULO I

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

El gas natural es visto en la actualidad como una de las principales y ms relevantes

fuentes de energa, utilizadas por todo el planeta tanto para uso domstico como para uso

industrial o comercial. El mismo es un recurso natural no renovable, lo cual nos habla ya de

por s de una futura instancia de agotamiento en la que el ser humano deber recurrir a

nuevas formas de energa basadas en recursos renovables. El gas natural es producido u

obtenido de yacimientos por numerosos pases entre los cuales encontramos a Estados

Unidos, Rusia, Canad, Inglaterra, Mxico, Argentina, Venezuela, Australia, China, India,

Alemania y Egipto entre los ms importantes productores. Debido al tipo de vida actual, el

gas natural es de una importancia inmensa ya que se vincula con un sinfn de actividades

que necesitan de su presencia.

Se considera que, en comparacin con otras fuentes de energa como el petrleo o el

carbn, el gas es un tipo de energa mucho menos daina para el medio ambiente ya que no

genera cantidades de dixido de carbono semejantes a las que producen los dos tipos de

energa mencionados. Adems, el gas es tambin un recurso mucho ms accesible en

trminos econmicos que, por ejemplo, el petrleo y esto hace que su consumo pueda ser

industrial (sectores que generan el mayor uso de gas) pero tambin domstico.

Gran parte de las cocinas familiares u hogareas funcionan a gas, as como tambin

algunos mtodos de calefaccin. De este modo, el gas natural que llega a los hogares a

travs de garrafas o de sistemas ms avanzados de transmisin es necesario para dos

cuestiones fundamentales que tienen que ver con la calidad de vida: la posibilidad de

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consumir alimentos cocinados y la posibilidad de generar ambientes clidos que puedan

hacer frente a bajas temperaturas.

Antes de poder utilizar el Gas Natural en todos los procesos mencionados, necesita ser

tratado con el fin de volverlo transportable y ms seguro para su uso. Ah es donde entra el

proceso de licuefaccin que consiste en volver lquido el gas para lograr lo antes

mencionado. Sin embargo, para ello se necesita un mtodo complejo, ya que su

temperatura crtica se encuentra por debajo de los -80C. Dentro de estos mtodos se

puede encontrar uno muy particular llamado mtodo de cascada, el cual es til para

obtener estas temperaturas e incluso menores. Pero, la teora sobre este tema, que es

proporcionada en los distintos canales de informacin (libros, internet y hasta informes de

empresas), no exponen una serie de pasos o procedimientos que sean tiles para trabajar

con el Gas Natural y satisfacer la necesidad de licuarlo. Por tanto, se presentan las

siguientes interrogantes: Cmo se puede disear un Proceso Termodinmico de

Licuefaccin de Metano por Cascada Simple? , Qu consideraciones hay que tener en

cuenta a la hora de elaborar el mismo?, y Cules sern los mejores refrigerantes que

permitan que el proceso sea ms eficiente?

JUSTIFICACIN DE LA INVESTIGACIN

La investigacin que se llevar a cabo tiene como fin primordial, conocer el mtodo que

podra aplicarse en la vida real para conseguir licuar el Gas Metano, el cual es abundante en

Venezuela y es en la actualidad poco aprovechado, aun cuando posee unas muy buenas

caractersticas energticas y se le puede sacar provecho para fines comerciales y domsticos

o incluso comercializarlo con pases

OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIN

Objetivo General

Disear un Proceso Termodinmico de Licuefaccin de Metano a travs de la

implementacin de un Ciclo de Refrigeracin por Cascada Simple.

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Objetivos Especficos

Determinar las incgnitas que debe tener un Ciclo de Refrigeracin (presin,

temperatura, trabajo, calor, etc) por Cascada Simple, para luego adjudicarle valores

que satisfagan la licuefaccin del Gas Metano.

Seleccionar los refrigerantes a utilizar, siendo al menos uno de estos, una sustancia

pura.

Realizar un esquema descriptivo del Proceso de Cascada Simple.

Diseo del Proceso de Licuefaccin.

Verificacin del Diseo a travs de un Software.

ALCANCE DE LA INVESTIGACIN

Este proyecto comprende los clculos para el desarrollo de un proceso termodinmico de

licuefaccin de metano a travs de la Refrigeracin por Cascada Simple, donde se incluyen

la determinacin de la cantidad de energa consumida por los elementos del Ciclo, as como

la descripcin de los refrigerantes utilizados y la descripcin del proceso que es llevado a

cabo. Tambin comprende los resultados obtenidos a travs del software PROII que darn o

no validez de lo realizado en este Proyecto de Investigacin.

LIMITACIONES DE LA INVESTIGACIN

Como limitaciones para la Investigacin, podemos mencionar:

No tenemos una licencia que nos permita utilizar un software al 100% para simular

los avances que podamos alcanzar durante el proyecto.

No se tiene el acceso a muchas fuentes de informacin o textos especializados

referentes al tema, por lo que varias cosas se tendrn que suponer durante el

proceso investigativo.

No hay acceso a plantas de licuefaccin, y se desconocen los procesos reales que

utilizan las mismas para dicho fin.

Existe poco tiempo para la realizacin del Proyecto

No se cuenta con apoyo econmico que ayude a hacer una parte experimental.

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Para el Sistema de refrigeracin en Cascada, los clculos sern ideales, sin tomar en

cuenta las prdidas de presin en tuberas, prdidas de calor, etc. El Sistema de

Refrigeracin en Cascada a Disear ser ideal, por lo que no se tomarn en cuenta

cadas de presin en tuberas, prdidas de calor, etc.

Se supondr una totalidad del 100% de Metano en el Gas a Licuar.

APORTES DE LA INVESTIGACIN

Al final de la Investigacin y dependiendo de los resultados obtenidos se recomendarn

los refrigerantes que cumplan con los criterios planteados, y adems se decidir si el

proceso a elaborar, es realmente factible para cumplir con el objetivo final, el cual es licuar

el Gas Metano.

DEFINICIN DE TRMINOS BSICOS

Barril: Medida americana de volumen, equivalente a 159 litros, es decir, un metro cbico de

petrleo equivale a 6,29 barriles

BTU: (British Thermal Unit) Unidad trmica de medida, representa el poder calorfico de los

hidrocarburos, por ejemplo distintos tipos de gas tienen distinto poder calorfico por ende

ms o menos btu. Los precios del Gas Natural usualmente se expresan en US$/MMBTU.

Butano: Gas presente en pequeas cantidades en el Gas Natural. Licuable fcilmente (para

transporte y almacenamiento) mediante la aplicacin de bajas presiones o por enfriamiento.

Combustible, refrigerante que se utiliza tambin en gasolinas, en la fabricacin de caucho

sinttico y para cocinar, calentar.

Campo: Un rea de suelo debajo de la cual existen uno o ms reservorios de hidrocarburos

en una o ms formaciones en la misma estructura o entidad geolgica.

Condensado: Los Hidrocarburos lquidos producidos con el gas natural, que son separados

de ste por enfriamiento u otros medios. A diferencia del petrleo crudo, el condensado

tienen poca o ninguna cantidad de hidrocarburos pesados.

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Condensado de gas: Hidrocarburo que se mantiene en estado gaseoso en las condiciones de

su depsito natural pero por las altas presiones se licua en las condiciones superficiales

normales. En otros pases se lo conoce como lquido del gas natural.

Condiciones normales del gas: Volumen y otras propiedades fsicas del gas seco medido a

presin ambiente y a 15 C de temperatura.

Compresor: Mquina que incrementa la presin o la velocidad del gas con vista a su

transporte o almacenamiento

Densidad:

Dimensin de la materia segn su masa por unidad de volumen, se expresa en libras por

galn (lb/gal) o kilogramos por metro cbico (kg/m3).

Depuracin: Operacin que consiste en eliminar las impurezas de los gases combustibles.

Derivados: Son los productos obtenidos directamente por destilacin del petrleo.

Desgasificador: Separador del gas que pueda contener el fluido de perforacin.

Destilacin: Operacin que separa a los hidrocarburos en varias fracciones por vaporizacin

seguida de condensacin. El calentamiento de los productos a tratar se realiza, por lo

general, en hornos tubulares y separadores en columnas. Segn la naturaleza de los

productos finales se efecta una destilacin a presin atmosfrica o una destilacin al vaco.

Ducto: Tubera para el transporte de gas natural o crudo entre dos puntos, ya sea tierra

adentro o tierra afuera.

Energa renovable: Recursos energticos continuamente disponibles o renovables (solar,

elica, marea, biomasa, hidroelctrico, geotrmico).

Estacin de compresin: El gas pierde presin al recorrer grandes distancias; para asegurar

su flujo uniforme debe ser re comprimido en instalaciones especialmente diseadas que se

denominan estaciones de compresin.

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Estado: Condicin de un sistema a un tiempo particular. Se determina cuando todas las

propiedades intensivas del sistema son fijas. El nmero mnimo de propiedades que deben

describirse para fijar las propiedades dependen del nmero de componentes y fases

presentes en el sistema.

Equilibrio: Se considera que existe equilibrio en un sistema, cuando sus propiedades

intensivas permanecen constantes con el tiempo, bajo las condiciones a las que existe el

sistema.

Etano: Hidrocarburo gaseoso ms pesado que el metano. Se licua por enfriamiento. Materia

prima para la industria petroqumica.

Etileno: Una olefina consistente de dos tomos de carbono y cuatro tomos de hidrgeno;

es un qumico bsico muy importante en las industrias qumica y de plsticos.

Fluido: Sustancia que fluye y que se deforma ante cualquier fuerza que tienda a cambiar su

forma. Los lquidos y gases son fluidos.

Fraccionamiento: Nombre genrico del proceso de separacin de una mezcla en sus

componentes o fracciones.

Gas: Todo fluido aeriforme a la presin y Temperatura ordinarias.

Gas asociado al petrleo: Gas que se presenta en los yacimiento junto al petrleo. Puede

estar en el yacimiento como una capa libre, tambin mezclado con el petrleo y presentarse

como condensado formando una sola faz lquida con l en determinadas condiciones de

temperatura y presin.

Gas de refinera: Gas producido durante la refinacin del petrleo.

Gas dulce: Gas natural que contiene cantidades muy pequeas de cido sulfhdrico y bixido

de carbono. El gas dulce reduce las emisiones de bixido de azufre a la atmsfera.

Gas hmedo: Gas natural que contiene gas licuado de petrleo.

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Gas inerte: Un gas qumicamente inerte, resistente a reacciones qumicas con otras

sustancias.

Gas Licuado de Petrleo (GLP): El GLP est compuesto de propano, butano, o una mezcla de

los dos, que es licuado bajo presin con objeto de facilitar su transporte y almacenamiento.

Comnmente se lo conoce como gas de garrafa, que es obtenido/separado del petrleo

crudo o del gas.

Gas Natural: Los hidrocarburos que en condiciones normales de presin y temperatura se

presentan en estado gaseoso. Mezcla de gases, principalmente metano. En menor

proporcin tambin se encuentran Etano, Propano, Butano y Condensado as como

pequeas proporciones de gases inertes como dixido de carbono y nitrgeno.

Gas Natural Comprimido (GNC): Gas Natural, compuesto fundamentalmente de metano,

comprimido a una presin igual o mayor a 2.400 libras por pulgada cuadrada y guardada en

contenedores especiales de alta presin. Es usado como combustible para vehculos.

Gas Natural Licuado (GNL): El Gas Natural, principalmente metano, cuando es enfriado a

una temperatura de - 162 C (- 260 F), a presin atmosfrica, se condensa en un lquido

llamado GNL.

Gas natural seco: Gas natural que no contiene gas licuado de petrleo y cuyo contenido

bsico es metano.

Gas no corrosivo: Gas natural que no contiene componentes sulfurados y que puede ser

usado sin previa purificacin.

Gasoducto: Tubera para el transporte de gas natural a alta presin y grandes distancias. Los

gasoductos pueden ser nacionales e internacionales, y suministran a una sola o varias

regiones.

Gasolina: Combustible que se obtiene del petrleo crudo por destilacin, para cumplir con

las especificaciones de calidad debe agregrsele aditivos.

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Gasolina: natural: Mezcla estabilizada de hidrocarburos extrados del gas natural por

diversos mtodos. Se obtiene un producto apropiado para ser mezclado con naftas de

refinacin.

Gas sinttico: Gas rico en metano producido a partir de petrleo o carbn que tiene las

mismas caractersticas bsicas y composicin qumica que el gas natural. Despus de

tratamiento para eliminar bixido de carbono es adecuado para servicio domstico, como

gas de bajo poder calorfico.

Gasificacin: La produccin de combustible gaseoso a partir de combustible slido o lquido.

GTL (Gas to Liquids): Trmino genrico que abarca los procesos que transforman gas en

lquidos.

Hidrgeno: El ms ligero de todos los gases, presente principalmente, combinado con

oxgeno, en el agua. El hidrgeno se combina con el carbono para formar una enorme

variedad de hidrocarburos gaseosos, lquidos y slidos.

Industrializacin de Gas Natural: Las actividades o procesos industriales que tienen por

finalidad aadir valor al Gas Natural, como son: Petroqumica, Gas a Lquidos (GTL),

produccin de fertilizantes u otros que tengan la misma finalidad.

Instalaciones de almacenamiento: Para gas natural estas son de dos categoras. La primera

la constituyen sitios estacionales de almacenamiento que comprenden acuferos

(incluyendo campos agotados de petrleo y gas); cavernas de sal; cavernas excavadas; y

minas en desuso. Para almacenamiento pico (peak shaving) se emplean gasmetros en

desuso y empacado de ductos. Adicionalmente, existen tanques de almacenamiento de GNL

para servicio de carga normal o de emergencia, dependiendo del mercado.

Licuefaccin de Gas Natural: El proceso que permite convertir el Gas Natural en lquido

mediante enfriamiento, con lo cual reduce su volumen en 600 veces. El Gas Natural Licuado

(GNL) resultante es entonces transportado en buques especialmente diseados, o

almacenado en tanques.

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Lquidos de Gas Natural (LGN): Esencialmente son los hidrocarburos que se pueden extraer

del Gas Natural en forma lquida, entre los cuales podemos encontrar, etano, GLP, pentano,

condensado y algunos hidrocarburos pesados.

Metano: Es el hidrocarburo ms simple y componente principal del gas natural, que

tambin est presente en el carbn. Es un gas ligero y seguro, sin color, sin olor e inflamable

bajo condiciones normales. A presin atmosfrica se licua a - 162 C. Materia prima para la

generacin elctrica, conversin de gas a lquidos, produccin de fertilizantes.

Metro cbico: Unidad de medicin para volumen de gas. La cantidad de gas requerido para

llenar el volumen de un metro cbico.

MPC: Millar de Pies Cbicos (1.000 PC)

MMPC: Millones de Pies Cbicos (1.000.000 PC)

MMBTU: Millones de BTU (1.000.000 BTU)

No asociado: En ocasiones llamado gas no asociado. Gas seco no asociado con aceite en un

yacimiento productivo, o donde solo el gas puede ser producido econmicamente.

PC: Pies Cbicos.

Punto de roco: Estado de un sistema multicomponente completamente gaseoso en

equilibrio con una cantidad infinitesimal de liquido.

Presin y temperatura de roco: Es la condicin de presin y temperatura a la cual el

sistema se encuentra en su punto de roco.

Poder calorfico: La cantidad de calor producido por la combustin completa de un

combustible. Puede ser medido seco o saturado con vapor de agua; y neto o bruto.

("Bruto" significa que el agua producida durante la combustin ha sido condensada en

lquido, liberando as su calor latente; "Neto" significa que el agua permanece como vapor).

La convencin general es llamarle seco bruto.

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Produccin: Todo tipo de actividades cuya finalidad sea el flujo de Hidrocarburos que

incluye la operacin de pozos, equipos, tuberas, tratamiento y medicin de Hidrocarburos y

todo tipo de operaciones de recuperacin.

Propano: Gas, uno de los componentes del gas natural. Hidrocarburo que se encuentra en

pequeas cantidades en el gas natural, consistente de tres tomos de carbono y ocho de

hidrgeno; gaseoso en condiciones normales. Se le emplea como combustible automotriz,

para cocinar y para calefaccin. A presin atmosfrica el propano se lica a -42C. Ver

tambin: LPG.

Propileno: Olefina consistente de una cadena corta de tres tomos de carbono y seis de

hidrgeno; producto qumico bsico muy importante para las industrias qumicas y de

plsticos.

Reservas Probadas (P1): La cantidad estimada de hidrocarburos que, de acuerdo con los

anlisis geolgicos y de ingeniera, son razonablemente recuperables bajo las condiciones

econmicas y operativas vigentes.

Reservas Probadas (P2): La cantidad estimada de hidrocarburos que, sobre la base de

evidencia geolgica que respalda las proyecciones de las reservas probadas,

razonablemente se espera que existan y puedan ser recuperables bajo las condiciones

econmicas y operativas vigentes.

En Bolivia Reservas Probadas = P1 + P2 (1)

Separador: Aparato colocado entre el pozo y la playa de tanques para separar elpetrleo

crudo del gas natural y del agua.

Sistema: Cuerpo de materia con lmites finitos (definidos) que puede considerarse, si se

desea, aislado del medio que lo rodea.

Transporte: Toda actividad para trasladar o conducir de un lugar a otro hidrocarburos o sus

derivados por medio de tuberas, utilizando para ello diversos medios e instalaciones

auxiliares, que incluyen el almacenaje necesario para esta actividad y que excluyen la

distribucin de gas natural por redes.

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TCF: (Trillion Cubic Feet), trillones americanos, Trillones de Pies Cbicos. Un TCF equivale a

un Billn de Pies Cbicos.

Yacimiento (Reservoir): Acumulacin de petrleo y/o gas en roca porosa tal como arenisca.

Un yacimiento petrolero normalmente contiene tres fluidos (petrleo, gas y agua) que se

separan en secciones distintas debido a sus gravedades variantes. El gas siendo el ms ligero

ocupa la parte superior del yacimiento, el aceite la parte intermedia y el agua la parte

inferior.

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CAPITULO II

MARCO TERICO

ANTECEDENTES

En relacin a diseo al diseo de los procesos termodinmicos a los cuales refiere

esta investigacin pudimos observar y caracterizarnos por investigaciones anteriormente

realizadas en tesis y trabajos de investigaciones ya que este es un tema que concurre una

cantidad informacin que son conocimientos reservados por las empresas que licuan

metano como seria la conocophilli tenemos como algunos trabajos que parecidos

correlacionados con el tema de la licuefaccin de metano como son:

EVALUACIN DEL SISTEMA DE REFRIGERACIN MECNICO DE LA PLANTA DE

EXTRACCIN DE LQUIDOS DEL GAS NATURAL LGN II DEL COMPLEJO PETROQUMICO

EL TABLAZO

Autor (es): Ing. Sifontes Romero, Natalia.

Ao: 2008.

El objetivo fundamental de la presente investigacin es Evaluar el sistema de

refrigeracin mecnico de la planta de extraccin y fraccionamiento de lquidos del gas

natural LGN II del Complejo Petroqumico El Tablazo.

OBTENCIN DE GAS NATURAL LICUADO PRESURIZADO GNLP

Autor (es): Hugo Alfondo Talavera Herrera.

Ao: 2011.

El objetivo fundamental de la presente investigacin es identificar los aspectos claves en

el proceso de obtencin del GLN.

PLAN DE ESTUDIOS ESPECIALIZACIN EN INGENIERA DEL GAS NATURAL

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Autor (es): Decanato de Posgrado (USB).

Ao: 2007.

El objetivo fundamental de la presente investigacin es Iniciar el proceso de integracin

con respecto a la licuefaccin de metano en lo que comprende los ciclos termodinmicos.

ESTUDIO ELCTRICO DEL SISTEMA DE POTENCIA, NUEVA PLANTA CRIOGNICA SAN

JOAQUN (IV TREN DE EXTRACCIN DE GAS NATURAL)

Autor (es): Zarzalejo, Julio D.

Ao: 2007.

El objetivo fundamental de la presente investigacin es Estudio del Sistema de Potencia,

Nueva Planta Criognica San Joaqun (IV Tren de Extraccin del Gas Natural)

HISTORICOS

Las primeras experiencias para convertir el metano al estado lquido fueron hechas por el

fsico ingls Michael Faraday en el siglo XIX y el primer compresor con capacidad para licuar

gas fue construido en Munich en 1873 por el ingeniero alemn Karl Von Linde. La primera

planta comercial de licuefaccin fue construida en Cleveland Ohio, EE.UU. en 1941,

contando con tanques para almacenar GNL a presin atmosfrica.

El primer buque metanero, el Methane Pioneer, fue convertido en Enero de 1959 a partir

del casco de un carguero Liberty de la 2. Guerra e hizo una serie de viajes transportando

GNL desde la terminal de Lake Charles, Louisiana hasta la de Canvey Island en el Reino

Unido. En ese momento, el descubrimiento de los yacimientos gasferos de Hassi RMel en

Argelia, a mitad de distancia, convirti a este ltimo pas en el proveedor natural de Europa,

desplazando por algunos aos a proveedores situados a mayor distancia.

A partir de entonces, la historia muestra un continuo crecimiento del intercambio de GNL

en el mundo. Primero Japn, para reducir su dependencia del petrleo, encara la

gasificacin del pas sobre la base casi exclusiva de las importaciones de GNL. Otros pases

asiticos, como Corea, siguen sus pasos para ir conformando el gran mercado del Pacfico.

Los compromisos ambientales que surgen como consecuencia de la ratificacin del

protocolo de Kyoto y sobre todo la aparicin de la tecnologa de ciclo combinado trmico

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para generacin elctrica, unida a la congelacin del desarrollo nuclear mundial a raz del

accidente de Chernobyl, dieron un impulso decisivo al crecimiento del GNL como alternativa

energtica.

El Gas Natural. Es un combustible natural de origen fsil, que se encuentra en el

subsuelo continental o marino y procede de la descomposicin de materia orgnica

atrapada entre estratos rocosos. Es un producto incoloro e inodoro, no txico y ms ligero

que el aire, y se consume tal y como se extrae de la tierra.

El gas natural se puede encontrar en forma asociado, cuando en el yacimiento aparece

acompaado de petrleo, o gas natural no asociado cuando est acompaado nicamente

por pequeas cantidades de otros hidrocarburos o gases.

La composicin del Gas Natural sin embargo, esta composicin es variable y depende del

pozo de donde se extraiga el gas. En condiciones ambientales los componentes del gas

natural: metano, etano, propano, butano e isobutano son gases, y el resto de los

componentes son lquidos. Fsicamente, todos los componentes del gas natural son

incoloros e inspidos. Adems, son buenos combustibles, ya que al reaccionar con el oxgeno

generan abundante calor. Los componentes inorgnicos generalmente son indeseables

dentro del gas natural, ya que disminuyen su calidad o causan dificultades en los equipos.

El gas natural, al ser explotado de un yacimiento, por regla general no posee las

caractersticas adecuadas para su distribucin y consumo, razn por la cual se requiere de

un tratamiento, que contempla el retiro del contenido de agua, y componentes inorgnicos

como el dixido de carbono, el sulfuro de hidrgeno, el nitrgeno y en algunos casos el

helio. El nitrgeno, por ejemplo, por ser qumicamente inerte, disminuye el poder calorfico

del gas. Esta disminucin es proporcional a la fraccin de nitrgeno presente en el gas. El

CO2 y H2S forman compuestos corrosivos que deterioran las tuberas y los envases. El

metano, que es el componente principal es un hidrocarburo de frmula CH4, el primer

miembro de la serie de los alcanos, ms ligera que el aire, incolora, inodora e inflamable.

Pero en sntesis el gas natural incluye diversos hidrocarburos gaseosos, con predominio del

metano, por sobre el 80%, y en proporciones menores etano, propano, butano, pentano y

pequeas proporciones de gases inertes como dixido de carbono y nitrgeno.

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El gas natural es un combustible ms limpio que el carbn y el petrleo, ya que en su

combustin produce de un 40% a un 45% menos dixido de carbono que el carbn, y entre

un 20% y un 30% menos que los productos derivados del petrleo. Otra de las

caractersticas de esta energa es que no emite partculas solidas ni cenizas en su

combustin, y las emisiones de xidos de nitrgeno son inferiores a las del carbn y los

productos petroleros. Asimismo, las emisiones de dixido de azufre son prcticamente

nulas.

Licuefaccin de Gas Natural. El proceso de licuefaccin requiere la extraccin de

componentes como el agua, dixido de carbono y otros. Como resultado, el gas natural

licuado est compuesto en su mayora (95%) de metano.

Tambin se basan en enfriar al gas natural hasta una temperatura donde se vuelve

lquido a presin ambiente (-261 C). La forma de enfriamiento difiere segn cada proceso.

El gas seco (deshidratado para eliminarle el vapor de agua y el agua libre) y tratado (a los

fines de retener las trazas de qumicos inorgnicos, especialmente azufre, nitrgeno y

dixido de carbono) se enfra hasta -35 C, separndose por densidad los hidrocarburos

pesados. El gas resultante (fundamentalmente metano y etano) se enva a la Planta de

Licuefaccin donde se enfra, empleando un ciclo refrigerante hasta la temperatura de

condensacin antes de enviarlo a almacenamiento. Para bajarle la temperatura al

refrigerante que a se emplea para retirar el calor del gas de alimentacin, se reduce la

presin pasndolo a travs de una vlvula parcialmente abierta (evaporacin sbita o flash).

Esta sbita cada de presin hace que el refrigerante se enfre a causa del efecto de Joule-

Thompson (es el proceso en el cual la temperatura de un sistema disminuye o aumenta al

permitir que el sistema se expanda libremente manteniendo la entalpa constante). La

energa requerida para re comprimir los refrigerantes, la proporcionan turbinas a gas.

Por ejemplo, en el caso de Conoco Phillips dispone de una licencia tecnolgica para la

licuefaccin de los gases naturales, que consiste en el uso de tres refrigerantes puros

distintos: propano, etileno y el propio metano. Consiste en tres circuitos de refrigeracin

discretos conformados; cada uno de los circuitos enfra por medio de la evaporacin sbita

de un refrigerante de alta presin condensado a travs de una vlvula; este proceso causa

un enfriamiento general en cada circuito; una parte del refrigerante e expande en cada una

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de las tres etapas a tres presiones diferentes, realizando evaporaciones sbitas

gradualmente hacia la menor presin y, por lo tanto, la ms baja temperatura. El circuito de

propano enfra el etileno, metano y el gas natural hasta una temperatura de -35 C. De aqu

el gas natural gas se enva a fraccionamiento para retirar los componentes pesados que se

congelaran a temperaturas muy bajas.

El gas natural ligero se retorna, y se enfra con etileno que se evapora, hasta una

temperatura de -100 C. Finalmente, el gas natural se lica evaporando metano hasta la

temperatura de -161 C. Adems del proceso patentado por Conoco Philips se reconocen

otros procesos (Santillana y Salinas, que difieren particularmente por el uso de una mezcla

de refrigerantes en vez de usar refrigerantes puros como el proceso en cascada de Conoco

Philips.

Para establecer los componentes de la mezcla se seleccionaron etano y propano. El Etano

es un gas incoloro e inflamable, hidrocarburo de frmula C2H6, el segundo miembro de la

serie de los alcanos. El Propano es el tercer hidrocarburo de la serie de los alcanos, de

frmula C3H8. Gas incoloro e inodoro. Por ser miembros consecutivos de una serie

homloga su mezcla se comporta con caractersticas prximas a la idealidad,

adicionalmente ambos se encuentran con facilidad asociados al petrleo.

El proceso de refrigeracin se puede elaborar en una o varias etapas siendo habitual que

la complejidad que involucra aadir nuevas etapas y diferentes presiones de operacin se

traduzca en un incremento de la eficiencia global del sistema.

El proceso de licuefaccin puede ser diseado para purificar el GNL a casi 100 por ciento

metano. El proceso de licuefaccin consiste en el enfriamiento del gas purificado mediante

el uso de refrigerantes. La planta de licuefaccin puede consistir en varias unidades

paralelas. El gas natural es licuado a una temperatura aproximada de -161C. Al licuar el gas,

su volumen es reducido por un factor de 600, lo que quiere decir que el GNL a la

temperatura de -161C, utiliza 1/600 del espacio requerido por una cantidad comparable de

gas a temperatura ambiente y presin atmosfrica.

El GNL es un lquido criognico. El trmino criognico significa baja temperatura,

generalmente por debajo de -73C. El GNL es un liquido puro, con una densidad de

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alrededor del 45% la densidad del agua. El GNL es almacenado en tanques de paredes

dobles a presin atmosfrica.

Caractersticas principales.

El gas natural licuado, denominado comercialmente GNL, es gas natural

transformado en un lquido a 162.2C y constituido casi totalmente por metano,

que se ha convertido en una fuente creciente de energa debido a que puede ser

fcilmente transportado por mar y almacenado para su uso.

Cuando se lo calienta a 106C o a mayor temperatura, se hace ms liviano que el

aire, sube y se dispersa. En fase vapor, aparece como una nube blanca visible porque

su baja temperatura condensa la humedad del aire circundante y cuando se lo

expone a la temperatura ambiente se vaporiza rpidamente. En estado lquido, el

GNL es 1,4 veces ms pesado que el aire, pero a medida de que se calienta su

densidad se reduce, alcanzando 0,55 veces la del aire a temperatura ambiente.

A menudo se lo confunde con gas licuado de petrleo (GLP), aunque sus

componentes difieren completamente. El gas licuado est compuesto por molculas

de propano y butano en distintas proporciones, ms pesadas que las de metano,

extradas de la corriente de gas natural hmedo y almacenado en recipientes aptos

para su transporte y posterior utilizacin comercial. Como el gas licuado tiene mayor

poder calorfico que el metano, se acostumbra a adicionar pequeas proporciones

de propano o butano al gas natural seco para elevar su poder calorfico,

satisfaciendo as las especificaciones de determinados consumidores.

Tambin se lo suele confundir con el gas natural comprimido (GNC). Si bien se trata

del mismo producto, en este caso slo se lo ha comprimido a 200 bar, reduciendo as

su volumen, para poder almacenarlo y transportarlo, generalmente para su uso

como combustible para automotores. El GNC es esencialmente metano comprimido

que se mantiene en fase gaseosa.

Unidades y dimensiones usuales. El universo del GNL ha adoptado un lxico especial

que conviene repasar brevemente:

BTU (Unidad trmica britnica). Es la cantidad de calor necesaria para aumentar en 1

F la temperatura de una libra de agua en su mxima densidad (aproximadamente

19

39 F). Un milln de BTU (MM BTU) equivale a 27,8 m3 de gas y a 0,048 m3 GNL o a

0,0192 T GNL.

Milln de toneladas de GNL por ao: unidad usada para medir el volumen de gas

entregado por ao. Una tonelada equivale a 2,47 m3 de GNL. Para regasificar 1MM

m3/da es necesario emplear 725 T GNL.

Trilln de pies cbicos (Tcf): Unidad de volumen de gas habitualmente usada para

medir reservas. Equivale a 28.300 MM m3.

Ciclo de cascada convencional. En este proceso, la temperatura es reducida en etapas

sucesivas para igualar el perfil de temperatura-entalpia. En s, el proceso consta de 3

etapas. La primera etapa corresponde al enfriamiento producido por el propano como

refrigerante donde se obtiene -35C. En esta etapa un 20% de intercambio de calor se da. La

segunda etapa utiliza etileno como refrigerante, enfriando el Gas Natural hasta -100C,

obtenindose un intercambio de calor en esta etapa de aproximadamente 50%. La tercera

etapa utiliza el metano como refrigerante, enfriando el Gas Natural hasta -161C, usando el

ciclo de metano. En cada uno de los ciclos, la ms baja presin atmosfrica, para eliminar el

riesgo de ingreso del aire.

Descripcin del proceso.

El propano comprimido a 1.3 MPa en el primer ciclo, es condensado con agua de

enfriamiento. La vaporizacin del propano a -35C enfra el gas natural y tambin

condensa el etileno, comprimido a 2.1 MPa. La vaporizacin del etileno a -100C

ayuda a licuar el gas natural bajo presin y a condensar el metano comprimido hasta

3.9 MPa. en el tercer ciclo. Desde que el gas natural es subenfriado a -161C, la

expansin de la fase liquida a presin atmosfrica resulta en vaporizacin parcial

(flash), la cual ayuda a alcanzar la temperatura de equilibrio liquido-vapor s presin

atmosfrica.

En este Ciclo de Refrigeracin de Cascada, el ciclo consiste de 3 subciclos con

diferentes refrigerantes. En el primer ciclo, el propano deja el compresor a alta

temperatura y presin y ingresa al Condensador donde agua o aire de enfriamiento

es usado como refrigerante. El propano condensa y entra a la Vlvula de Expansin

donde su presin es disminuida hasta la presin de evaporacin. Como el propano

20

evapora, el calor de evaporacin viene de la condensacin del Etileno, enfriamiento

del metano y del Gas Natural. El propano deja el evaporador e ingresa al Compresor,

completando as el ciclo.

El Etileno condensado se expande y evapora conforme condensa el metano y el gas

natural es ms adelante enfriado y licuado. Como el metano entra al compresor para

completar el ciclo, la presin del gas natural licuado es reducida en una vlvula de

expansin multietapas con usualmente tres etapas, y consecuentemente tres niveles

de temperatura de evaporacin para cada refrigerante. Los flujos de masa en cada

etapa son usualmente diferentes. El Gas Natural desde los ductos va a travs de un

proceso durante el cual los gases cidos son removidos y su presin aumentada a un

valor promedio de 40 bar antes de entrar al ciclo.

Grfico 01. Diagrama de Mollier del Gas Metano.

Condiciones de licuefaccin del metano. Generalmente, el metano a las condiciones

de salida del yacimiento esta a 15.6C y 5500 kPa y se desea convertirlo a liquido saturado a

presin atmosfrica (161,6C y 101 kPa).

Como el metano tiene una temperatura critica de -85C, este no puede ser licuado bajo

ninguna circunstancia a temperaturas mayores. Para enfriar el gas desde las condiciones del

yacimiento, se tienen 3 procesos posibles:

21

Intercambio de Calor con una corriente Fra.

Expansin Isoentropica con produccin de trabajo.

Expansin adiabtica a travs de una vlvula Joule-Thompson.

En este proceso de licuacin se considerara como esquema base el de Joule-Thompson,

junto con un pre-enfriamiento mediante intercambio de calor. La razn de enfriamiento de

la carga se debe a que si se efecta una expansin desde 5516 kPa y 15.6C hasta

la presin atmosfrica esta descender solo hasta -12.2C, por lo que no habr licuacin del

Gas Natural (se encuentra fuera de la envolvente).

Grfico 02. Diagrama de Mollier del Metano en Condiciones de Yacimiento.

La combinacin de estos dos conceptos da origen al Ciclo Linde Simple el cual se

representa en un diagrama de Mollier.

El proceso consiste en un enfriamiento de la carga mediante intercambio de calor con la

corriente de gas frio obtenida de la expansin, seguido por una expansin adiabtica del

gas. El compresor del gas de recirculacin producido por la expansin representa el punto

de inyeccin de la energa del proceso.

DE LA INVESTIGACION

TEORA CIENTFICA APLICABLE

22

La Termodinmica dicha por Teresa Martn (2006) es la rama de la Fsica que estudia a

nivel macroscpico las transformaciones de la energa, y cmo esta energa puede

convertirse en trabajo (movimiento).

Una ecuacin de estado es una ecuacin que relaciona, para un sistema en equilibrio

termodinmico, las variables de estado que lo describen. Tiene la forma general de una

funcin de tipo.

No existe una nica ecuacin de estado que describa el comportamiento de todas las

sustancias para todas las condiciones de presin y temperatura.

ECUACIN DE ESTADO DE GAS IDEAL

La energa interna de un gas real, segn Carles (2009) es una funcin de la presin y la

temperatura. Esta dependencia con la presin aparece como resultado de las fuerzas entre

las molculas. Por tanto, se concluye que en ausencia de interacciones moleculares, la

energa interna del gas depende exclusivamente de la temperatura.

La ecuacin de estado:

Una energa interna que es funcin nicamente de la temperatura y que, como

consecuencia tiene una capacidad calorfica Cv que tambin depende exclusivamente de la

temperatura.

ECUACIN DE ESTADO DE VAN DER WAALS

La ecuacin de estado de Van der Waals, segn William (2012) como una ecuacin que

generaliza la ecuacin de los gases ideales, haciendo entrar en consideracin tanto el

volumen finito de las molculas de gas como otros efectos que afectan al trmino de

presiones. Tiene la forma:

23

Donde: p: es la presin del fluido, medido en atmsferas,

v: es el volumen en el que se encuentran las partculas dividido por el nmero de

partculas (en litros),

k: es la constante de Boltzmann,

T: es la temperatura, en kelvin,

a': es un trmino que tiene que ver con la atraccin entre partculas,

b': es el volumen medio excluido de v por cada partcula.

ECUACIN DE ESTADO DE REDLICH-KWONG

La ecuacin o modelo matemtico de Redlich-Kwong, segn Carles (2009) es adecuada

para calcular las propiedades de la fase gaseosa cuando el cociente entre la presin y la

presin crtica es menor que la mitad del cociente entre la temperatura y la temperatura

crtica.

Donde

= constante de los gases (8.31451 J/molK)

La ecuacin de Redlich-Kwong considerada como mejor que la ecuacin de Van der

Waals, no da buenos resultados sobre la fase lquida y por ello no puede usarse para

calcular precisamente los equilibrios lquido-Vapor.

24

PENG-ROBINSON

Ecuaciones de Peng-Robinson. es bastante mejor para predecir las densidades de muchos

compuestos en fase lquida, especialmente los polares. Todo esto segn Carles (2009).

Donde es el factor acntrico del compuesto.

LA ECUACIN DEL VIRIAL

La ecuacin del Virial es importante dado que puede ser obtenida directamente por

mecnica estadstica. Si se hacen las suposiciones apropiadas sobre la forma matemtica de

las fuerzas intermoleculares, se pueden desarrollar expresiones tericas para cada uno de

los coeficientes.

En este caso B corresponde a interacciones entre pares de molculas, C a grupos de tres,

y as sucesivamente.

25

ECUACIN DE BERTHELOT

Para Marcos J. (2008) la ecuacin presentada la denomina como la ecuacin de van der

Waals modificada para tomar en cuenta la dependencia de las fuerzas de atraccin con la

temperatura.

Se expresa de la siguiente manera

En forma reducida quedara:

Esta ecuacin permite una mayor exactitud a bajas presiones y temperaturas.

ECUACIN DE BEATTIE - BRIDGEMAN

La Ecuacin de Beattie Bridgeman segn marcos J. Esta ecuacin utiliza cinco

constantes especficas adems de R y es conveniente para trabajos precisos, en especial en

el intervalo de altas presiones

En donde A y B estn dado por las siguientes expresiones:

y

PRIMERA LEY DE LA TERMODINMICA

Dentro de la termodinmica una consecuencia de la ley de la conservacin de la energa,

segn Robles (2008) es esta Ley Termodinmica, la cual establece que la variacin de la

Energa interna de un sistema es igual a la suma de la energa transferida en forma de calor

y la energa transferida en forma de trabajo.

26

q = energa transferida en forma de calor.

w = energa transferida en forma de trabajo.

Podemos concluir que la variacin de energa interna de un sistema, es igual a la suma

del intercambio de calor entre el sistema y los alrededores y el trabajo realizado por (o

sobre) el sistema.

LA SEGUNDA LEY DE LA TERMODINMICA

La segunda ley de la termodinmica segn Navas R. es un principio general que impone

restricciones a la direccin de la transferencia de calor, y a la eficiencia posible en los

motores trmicos. De este modo, va ms all de las limitaciones impuestas por la primera

ley de la termodinmica. Sus implicaciones se pueden visualizar en trminos de la analoga

con la cascada. La mxima eficiencia que se puede conseguir es la eficiencia de Carnot.

TIPOS DE CICLOS

Se consigue mediante los mtodos de compresin y de absorcin. El mtodo por

compresin segun Javier F es el ms utilizado, puesto que el mtodo por absorcin solo se

suele utilizar cuando hay una fuente de calor residual o barata, como en la trigeneracin.

CICLO IDEAL DE REFRIGERACIN POR COMPRESIN

En este ciclo de refrigeracin el refrigerante se evapora y se condensa, comprimindolo,

alternativamente para luego volver a la fase de vapor. Est compuesto por 4 procesos:

Compresin isentrpica en un compresor. Disipacin de calor a presin constante en un

condensador. Estrangulamiento en un dispositivo de expansin y consiguiente evaporacin.

Absorcin de calor a presin constante en un evaporador. De acuerdo a los procesos

anteriores, el refrigerante entra al compresor en el estado 1 como vapor saturado y se

comprime isentrpicamente hasta la presin del condensador. La temperatura del

27

refrigerante aumenta durante el proceso de compresin isentrpica, hasta un valor muy

superior al de la temperatura del medio circundante. Despus el refrigerante entra en el

condensador como vapor sobrecalentado en el estado 2 y sale como lquido saturado en el

estado 3, como resultado de la disipacin de calor hacia el entorno. El refrigerante, como

lquido saturado en el estado 3, se dilata hasta la presin del evaporador al pasar por una

vlvula de expansin o por un tubo capilar. La temperatura del refrigerante desciende por

debajo de la temperatura del espacio refrigerado durante este proceso. El refrigerante entra

en el evaporador en el estado 4 como vapor hmedo de baja calidad y se evapora por

completo absorbiendo calor del espacio refrigerado. El refrigerante sale del evaporador

como vapor saturado y vuelve a entrar al compresor completando el ciclo.

CICLO REAL DE REFRIGERACIN POR COMPRESIN DE VAPOR

Difiere de uno ideal debido a situaciones irreversibles que ocurren en varios

componentes. Dos fuentes comunes de irreversibilidad son la friccin del fluido y la

transferencia de calor hacia o desde los alrededores. El proceso de compresin real incluye

efectos de friccin, los cuales incrementan la entropa y la transferencia de calor lo cual

puede aumentar o disminuir la entropa dependiendo de la reaccin.

CICLO DE CARNOT INVERSO

El ciclo de Carnot es totalmente reversible, permitiendo que los cuatro procesos que

comprenden el ciclo puedan invertirse. El resultado es un ciclo que opera en direccin

contraria a las manecillas del reloj, que se llama ciclo invertido de Carnot. Un refrigerador o

bomba de calor que opera en este ciclo recibe el nombre de refrigerador o bomba de calor

de Carnot.

SISTEMAS DE REFRIGERACIN EN CASCADA

Un ciclo de refrigeracin en cascada consiste en efectuar el proceso de refrigeracin por

etapas, es decir, dos o ms ciclos de refrigeracin que operan en serie. En un ciclo de

refrigeracin de dos etapas, los ciclos se conectan por medio de un intercambiador de calor

en medio, el cual sirve como evaporador para el ciclo superior y como condensador en el

ciclo inferior. Suponiendo que el intercambiador de calor est bien aislado y que las energas

28

cinticas y potenciales son despreciables, la transferencia de calor del fluido en el ciclo

inferior debe ser igual a la transferencia de calor del fluido en el ciclo superior.

SISTEMAS DE REFRIGERACIN POR COMPRESIN DE MLTIPLES ETAPAS

Cuando el fluido utilizado por todo el sistema de refrigeracin en cascada Javier F.es el

mismo, el intercambiador de calor se puede sustituir por una cmara de mezclado puesto

que tiene las mejores caractersticas de transferencia de calor. A dichos sistemas se les

denomina sistemas de refrigeracin por compresin de mltiples etapas. El proceso de

compresin en este sistema es similar a una compresin de dos etapas, entonces el trabajo

del compresor disminuye.

SISTEMAS DE REFRIGERACIN DE USOS MLTIPLES CON UN SOLO COMPRESOR

Algunas aplicaciones requieres refrigeracin a ms de una temperatura. Esto puede

lograse con una vlvula de estrangulamiento independiente y un compresor por separado

para cada evaporador que opere a temperaturas diferentes, sin embargo un modelo ms

prctico es enviar todos los flujos de salida de los evaporadores a un solo compresor y dejar

que este maneje el proceso de compresin para el sistema completo.

SISTEMAS DE REFRIGERACIN POR ABSORCIN

El principio de funcionamiento es semejante al ciclo de compresin: migue c. Javier F el

refrigerante absorbe calor al evaporarse y despues se condensa para recomenzar el ciclo,

pero la diferencia estriba en que en vez de un compresor, como su nombre indica, en estos

sistemas se refrigeracin el ciclo se cierra mediante la absorcin del refrigerante por un

medio de transporte (o absorbente) y posterior separacin de la disolucin por medio del

calor para recomenzar el ciclo.

MODELOS QUE TIENEN RELACIN DIRECTA CON EL DESARROLLO DEL

PRESENTE PROYECTO

1. Nombre del Modelo: Proceso en Cascada con Refrigerante Puro

Este proceso consta de una combinacin de tres sistemas de enfriamiento que

comprende un compresor, un condensador, una vlvula de expansin y un evaporador (o

intercambiador de calor). Tpicamente, propano, etileno y metano son usados en tres ciclos

29

de enfriamiento para ser enfriados progresivamente desde las temperaturas ms bajas.

Tambin pueden usarse otros refrigerantes para lograr el mismo resultado. Para cada

refrigerante se utilizar un sistema de refrigeracin, y a su vez los 3 sern colocoados en

serie para lograr bajar la temperatura del gas a menos de -160.

La ventaja del Proceso en cascada con refrigerante puro es que siempre que cada

refrigerante es organizado para enfriarse en algunas etapas, se puede conseguir una

eficiencia alta. Las desventajas son que llevar por tuberas refrigerantes complejos y

numerosos evaporadores resultan un alto costo de capital y que las prdidas de refrigerante

de etileno tienen que ser restituidas de etileno importado o por el lado de la manufactura.

Autor: Existen varias versiones de este modelo, sin embargo, uno de ellos lo constituye una

licencia tecnolgica de la Empresa Conoco Phillips

Objetivo del Modelo: Licuefaccin del Gas Natural

2. Nombre del Modelo: Proceso con Refrigerante Mezclado

Descripcin: Mientras que con refrigerantes puros involucra una serie de distintos ciclos,

con refrigerantes mezclados (metano, etano, propano y nitrgeno, a veces butano y

pentano) la condensacin y la evaporacin tienen lugar en un solo ciclo sobre un amplio

rango de temperatura por debajo de 160 C.

Despus de la compresin, el refrigerante mezclado es condensado parcialmente contra

el agua de enfriamiento y enviado a un separador gas - lquido. El lquido y el vapor son

distribuidos sobre los tubos en el intercambiador de calor y son condensados totalmente.

Despus de la reduccin de presin, la evaporacin gradual provee refrigeracin para licuar

el gas natural.

El proceso es sumamente simple pero el consumo de energa es considerablemente ms

grande que en el proceso en cascada. Ejemplos de este proceso son el Skikda GL2 - k y

plantas de GL3-k, Argelia.

Las mejores eficiencias pueden ser conseguidas suministrando el refrigerante lquido en

un nivel intermedio en la parte ms baja del intercambiador de calor principal para enfriar el

gas natural y condensar parcialmente el refrigerante de vapor, en lugar de recombinar el

30

vapor y el lquido en un flujo. Esto puede ser repetido en muchas etapas para proveer la

refrigeracin suficiente para producir GNL. La planta de Libia usa este tipo de proceso.

Autor: Existen varias versiones de este modelo y estn presentes en Skikda GL2 - k y plantas

de GL3-k, Argelia y en la planta de Libia.

Objetivo del Modelo: Licuefaccin del Gas Natural

3. Nombre del Modelo: Proceso con Refrigerante Mezclado Pre-enfriado

Descripcin: Esto es una combinacin del proceso en cascada con refrigerante puro y el ciclo

con refrigerante mezclado y fue el primero desarrollado por la planta de licuefaccin de

Brunei. Este proceso tambin une algunos ciclos discontinuos en un ciclo, y aunque es

introducido propano preenfriado, esto se justifica por el incremento de la eficiencia.

El propano es primero condensado por enfriamiento con agua y luego con

intercambiadores de calor en tres o cuatro etapas, enfriando el flujo de gas de alimentacin

y el refrigerante mezclado a -30C. Despus de la compresin, el refrigerante mezclado es

tambin enfriado luego por propano. El refrigerante mezclado, de acuerdo con un informe

publicado por Air Products & Chemicals Incs propietario de Multi-Component Refrigerant

(MCR), consta aproximadamente de 5% de nitrgeno, 10% de propano, 40% de etano y 45%

de metano.

En esta etapa, y antes de que el MCR sea introducido en el intercambiador de calor

criognico, es separado en dos fraccin, uno MCR ligero y otro MCR pesado. Gas natural, ya

enfriado a alrededor de 30 C, es introducido en la parte inferior del intercambiador de

calor criognico con ambas fracciones de MCR y distribuido a travs de tubos dispuestos en

espiral.

La fraccin de MCR pesada llega a la parte ms baja del intercambiador de calor y,

despus de la disminucin de presin, es separado en vapor y lquido a una temperatura de

-110 C. Luego son reintroducidos en el intercambiador de calor. El lquido es rociado sobre

los manojos de tubos mientras el vapor se mezcla con el vapor y el lquido que fluye abajo.

En la parte de arriba del intercambiador de calor, la fraccin de MCR ligero y gas natural

son enfriados a alrededor de -160 C rociando MCR ligero despus de la baja presin. En

31

este momento el gas natural es licuado y alimentado a almacn. Vapor de MCR de baja

presin es coleccionado al final del intercambiador de calor, comprimido y reciclado. El

proceso completo es mostrado esquemticamente en la Figura 3.

Aparte de Brunei, este proceso bsico, o variantes del mismo, es empleado en el Abu

Dhabi, Indonesia (tanto en Arun como en Badak), Malasia y plantas de Australia y en dos de

las plantas de licuefaccin de Argelia. El proyecto de la plataforma Noroeste de Australia

usa enfriamiento con aire en lugar del enfriamiento con agua, y G.E. Frame-5 usa turbina de

gas en lugar de turbinas de vapor para la compresin y la generacin de potencia. Algunos

otros proyectos, por ejemplo Arun, tanto usa turbinas de gas como turbinas de vapor. En

general todos los procesos con MCR son del mismo estilo, cada uno representando un poco

de mejora sobre la versin anterior. Una mejora adicional sera reponer el propano

preenfriado por un ciclo principal de MCR que terminara con un proceso de MCR doble.

Toda y cada una de las plantas tienen sus propias caractersticas especiales y

caractersticas de diseo y, por supuesto, la tecnologa no es la misma. Inevitablemente, las

ltimas plantas son ms eficientes y sofisticadas que su predecesora, pero los conceptos

bsicos son bsicamente similares.

Autor: Existen varias versiones de este modelo y estn presentes en Brunei, en el Abu

Dhabi, Indonesia (tanto en Arun como en Badak), Malasia y plantas de Australia y en dos de

las plantas de licuefaccin de Argelia. El proyecto de la plataforma Noroeste de Australia

usa enfriamiento con aire en lugar del enfriamiento con agua, y G.E. Frame-5 usa turbina de

gas en lugar de turbinas de vapor para la compresin y la generacin de potencia. Algunos

otros proyectos, por ejemplo Arun, tanto usa turbinas de gas como turbinas de vapor.

Objetivo del Modelo: Licuefaccin del Gas Natural.

MTODO SELECCIONADO

El mtodo seleccionado es el Proceso en Cascada con Refrigerante Puro. Se utilizarn 3

refrigerantes distintos a los expuestos con anterioridad, para la realizacin del Proceso de

Cascada, tomando un Refrigerante Puro en el Sistema.

32

ASPECTO LEGAL

La Constitucin de la Repblica Bolivariana de Venezuela (1999) establece en el Ttulo VI

Del Sistema Econmico, Capitulo I Del Rgimen socioeconmico y de la Funcin del

Estado en la economa, Artculo 302, que El estado se reserva, mediante la Ley Orgnica

respectiva, y por razones de conveniencia nacional, la actividad petrolera y otras industrias,

explotaciones, servicios y bienes de inters pblico y de carcter estratgico. El estado

promover la manufactura nacional de materias primas provenientes de la explotacin de

los recursos naturales no renovables, con el fin de asimilar, crear e innovar tecnologas,

generar empleo y crecimiento econmico, y crear riqueza y bienestar para el pueblo.

Sin embargo, esa misma constitucin establece en su Ttulo III De los derechos humanos

y garantas, y de los deberes Capitulo IX De los derechos ambientales, Artculo 127, que

Es un derecho y un deber de cada generacin proteger y mantener el ambiente en

beneficio de s misma y del mundo futuro. Toda persona tiene derecho individual y

colectivamente a disfrutar de una vida y de un ambiente seguro, sano y ecolgicamente

equilibrado. Es una obligacin fundamental del estado, con la activa participacin de la

sociedad, garantizar que la poblacin se desenvuelva en un ambiente libre de

contaminacin, en donde el aire, el agua, los suelos, las costas, el clima, la capa de ozono,

las especies vivas, sean especialmente protegidos, de conformidad con la ley.

La Ley Orgnica del Ambiente, 1976, establece en el Capitulo V De la Prohibicin o

Correccin de Actividades Susceptibles de Degradar el Ambiente, Artculo 20, que Se

consideran actividades susceptibles de degradar el ambiente: 1. Las que directa o

indirectamente contaminen o deterioren el aire, el agua, los fondos marinos, el suelo o el

subsuelo o incidan desfavorablemente sobre la fauna o la flora. Y seala la misma ley en el

Capitulo VI De las Sanciones, en el Artculo 24, que Los infractores de las disposiciones

relativas a la conservacin, defensa y mejoramiento ambiental sern sancionados con

multas, medidas de seguridad o con penas privativas de la libertad, en los trminos que

establezcan esta ley o las dems leyes aplicables.

La Ley Orgnica de Prevencin, Condiciones y Medio Ambiente de Trabajo, 191986,

establece en el Capitulo I Disposiciones Generales, Artculo 3, que El estado garantizar la

prevencin de los riesgos mediante la vigilancia del medio ambiente en los centros de

33

trabajo y las condiciones con l relacionados, a fin de que se cumpla con el objetivo

fundamental de esta ley., el cual es garantizar a los trabajadores las condiciones de

seguridad, salud y bienestar, en un medio ambiente de trabajo adecuado.

La Ley Orgnica de Hidrocarburos Gaseosos, 1999, establece en el Capitulo II

Disposiciones Generales, Artculo 15, que Las actividades a que se refiere esta Ley,

debern realizarse conforme a las normas de seguridad, higiene y proteccin ambiental que

les fueren aplicables, as como a las mejores prcticas cientficas y tcnicas disponibles para

el mejor aprovechamiento y uso racional del recurso

De igual forma se dar cumplimiento a lo establecido en la Ley Penal del Ambiente, 1991,

en su ttulo II De los Delitos contra el Ambiente, Capitulo IV Del Envenenamiento,

Contaminacin y dems Acciones capaces de alterar la Atmsfera o el Aire, en su artculo

44 Emisin de gases. El que emita o permita escape de gases, agentes biolgicos o

bioqumicos o de cualquier naturaleza, en cantidades capaces de envenenar, deteriorar o

contaminar la atmsfera, o el aire en contravencin a las normas tcnicas que rigen la

materia, ser sancionado con prisin de seis (6) meses a dos (2) aos y multa de seiscientos

(600) a dos mil (2.000) das de salario mnimo.

34

CAPITULO III

MARCO METODOLGICO

TIPO DE INVESTIGACIN

Esta investigacin, segn la estrategia, el procedimiento de obtencin de la informacin

y el nivel de la investigacin es de tipo experimental, donde en la misma se cuenta con un

anlisis ordenado de procesos en la realidad, con el propsito de describirlos, interpretarlos,

entender su naturaleza y los factores que lo corresponda, explicar sus causas y efectos, para

ello utilizando mtodos caractersticos de cualquier tipo de investigacin conocida. Las

informaciones de importancia son recogidas en manera directa acatndose a la realidad.

De acuerdo a la estrategia de la investigacin, tambin se puede considerar una

investigacin de tipo documental, ya que se tiene un estudio de problemas con el propsito

de ampliar y profundizar el conocimiento de su naturaleza, con ayuda, principalmente, en

trabajos, informacin y datos presentes por medios impresos, audiovisuales.

Finalmente, de acuerdo a las caractersticas y objetivos de este estudio, la misma se

implanta como una investigacin pura, la cual tambin recibe el nombre de bsica o

fundamental. Segn el profesor Jos Antonio Pardias, la investigacin pura tiene como

objeto el estudio de un problema destinado exclusivamente al proceso o a la simple

bsqueda del conocimiento.

35

UNIDAD DE ESTUDIO O ANLISIS

Segn Snchez y Nube (2003), el estudio de caso es un estudio intensivo (con

profundidad y abundancia de detalles) de un programa, donde se investigan fenmenos en

su marco natural, es decir contextos de la vida real.

Tomando en cuenta lo expuesto y que en Venezuela no existen en la actualidad

plantas que desarrollen procesos de licuefaccin de metano, y no se dispone de la

tecnologa para realizar procesos de esta naturaleza, pues son empresas transnacionales

quienes manejan las licencias tecnolgicas respectivas, se le puede dar al rea en estudio el

calificativo de unidad de estudio o anlisis, es decir, el tema en cuestin presenta

caractersticas nicas y propias que lo diferencian de otras estructuras similares, por lo que

se justifica la inexistencia de una poblacin y por ende de una muestra

TCNICAS DE RECOLECCIN DE INFORMACIN

Segn Balestrini (2001), tendremos que:

Las fuentes que generan datos primarios, los cuales surgen del contacto directo con la

realidad, son los siguientes:

La Observacin Cientfica: Cuando observamos cientficamente nos orientamos hacia

la recoleccin de datos previamente definidos como de inters en el curso de la

investigacin, de aqu su diferencia bsica con observacin cotidiana.

En la recoleccin de datos de fuente secundaria como se basa en la tcnica

documental, los instrumentos son libros, revistas, informes de prensa, memorias de

grado, archivos y otros.

Las tcnicas de recoleccin de informacin dependen de las fuentes existentes y disponibles, de acuerdo a las interrogantes planteadas en la investigacin y a las caractersticas del hecho estudiado, que en su conjunto permitan obtener y recopilar los datos necesarios para alcanzar los objetivos planteados.

36

INSTRUMENTOS DE RECOLECCIN DE DATOS

Los instrumentos de recoleccin de datos que se utilizarn para esta investigacin

sern:

Instrumentos Para la Recoleccin de Datos Primarios

Block de Anotaciones: Se utilizar con la finalidad de anotar datos de inters

procedentes de la observacin.

INSTRUMENTOS PARA LA RECOLECCIN DE DATOS SECUNDARIOS

Para este tipo de recoleccin de datos se pueden consultar libros, peridicos,

informes de investigacin.

TCNICA DE ANLISIS DE DATOS

Despus de reunir todos los datos obtenidos, se proceder a separar los datos

cuantitativos y cualitativos. Los datos cuantitativos se organizacin en una matriz de

tabulacin (hecha en Excel o SPSS). El anlisis de los datos se efecta sobre esta matriz, la

cual est guardada en un archivo y contiene todos los datos recopilados

Los datos cualitativos se organizan en archivos de documento (hechos en Word u otro

semejante). El anlisis de datos se efecta sobre estos documentos. Siempre es

recomendable grabar los documentos revisados.

PROCEDIMIENTO METODOLGICO

Para la presente investigacin se disear una licuefaccin de metano a travs de un

ciclo de refrigeracin en cascada simple, este constara con un fluido de gas natural puro.

Durante la presente investigacin se har uso de una metodologa basada en la

termodinmica como parte de las ciencias fsicas encargadas del estudio y anlisis de la

energa, de su transformacin entre sus distintas manifestaciones, como el calor y su

capacidad para producir trabajo.

37

Como el metano tiene una temperatura critica de -85C, este no puede ser licuado bajo

ninguna circunstancia a temperaturas mayores. Para enfriar el gas desde las condiciones del

yacimiento, se tienen 3 procesos posibles:

Intercambio de Calor con una corriente Fra.

Expansin Isotrpica con produccin de trabajo.

Expansin adiabtica a travs de una vlvula Joule-Thompson.

En este proceso de licuacin se considerara como esquema base el de Joule-Thompson,

junto con un pre-enfriamiento mediante intercambio de calor. La razn de enfriamiento de

la carga se debe a que si se efecta una expansin desde la presin y temperatura inicial

hasta la presin atmosfrica esta no descender hasta la temperatura de licuefaccin, por

lo que no habr licuacin del Gas Natural.

ANLISIS TCNICO

ANLISIS DEL PROBLEMA

ESPECIFICACIONES DE LOS ESTADOS DE ENTRADA Y SALIDA

En la entrada del proceso se tiene gas proveniente de los yacimientos que

supondremos, se encuentra a una presin de 14.7 psia y una temperatura de 94F.

A la salida se requiere que el Gas tenga una temperatura de mnimo -262Fy mximo

293F(a esta temperatura el metano empieza a solidificarse.

Una presin de salida, igual a la atmosfrica de aproximadamente 14.7 psia.

Etileno Propano Nitrgeno (en SI)

Densidad de Lquido (lb/ft3)

35.454 26.41 806.11 kg/m3

Densidad (lb/ft3) @59F: 0.073 @-258.8F: 0.5 1,2506 kg/m3 Calor Especfico

(BTU/Lbs.F) 0.362 0.534 1014 J/kg.K

Viscosidad (Lbs/Ft.hr)

2,27x10-2 2,48x10-2 1,2506 kg/m3

K (BTU /Hr.Ft2F) 0.0097 0.0189 0.024 W/m.K Tabla 01. Propiedades de los Refrigerantes. Realizada por los autores.

38

RESTRICCIONES

Para la elaboracin de los clculos se supondr que se trabajar con un 100% de

Metano en vez de la totalidad de los componentes del Gas Natural.

Para el Sistema de refrigeracin en Cascada, los clculos sern ideales, sin tomar en

cuenta las prdidas de presin en tuberas, prdidas de calor, etc. El Sistema de

Refrigeracin en Cascada a Disear ser ideal, por lo que no se tomarn en cuenta

cadas de presin en tuberas, prdidas de calor, etc.

POSIBLES CRITERIOS

Bajo Coeficiente Operacional de Planta(COP)

Poco consumo de refrigerante

Bajo Consumo de Energa.

Sencillez del Ciclo.

UTILIZACIN

Este trabajo pudiera ser til para a futuro, disear detalladamente una planta de

Licuefaccin de Gas Metano. Con los datos obtenidos en la elaboracin del Proceso

Termodinmico, se puede pasar a un proceso de Ingeniera de Detalle, donde se podrn

seleccionar los equipos, accesorios y tuberas, as como los materiales que podran lograr la

mejor aproximacin a este proyecto.

A su vez tambin puede servir a las personas que deseen conocer ms sobre la

licuefaccin de Metano, y como la misma se puede llevar a cabo a travs del uso de Ciclos

de Refrigeracin, especialmente el de Cascada Simple, del cual hacemos uso en la

investigacin.

PROCEDIMIENTO DE CLCULO METODOLGICO

Para la realizacin del Diseo del Proceso Termodinmico de Licuefaccin de

Metano, a travs del mtodo de Cascada Simple, se debe calcular lo siguiente para cada

ciclo con cada refrigerante:

39

Primero, el calor que ha de tener el intercambiador de calor en contra flujo por

donde circularan el metano y el refrigerante, sin mezclarse:

(1)

Donde:

Calor del evaporador [BTU/Hr]

Calor especifico a presin constante

Diferencia de temperaturas, siendo la misma [F]

Flujo msico del metano [lbm/Hr]

Suponiendo que no existen perdidas de calor en el intercambiador de calor, se aplica el

balance de energa para intercambiadores de calor, por lo que el calor que debe extraer el

refrigerante ser el mismo calculado anteriormente:

(2)

Donde

Calor del evaporador [BTU/Hr]

Flujo msico del refrigerante [lbm/Hr]

Entalpia a la entrada del compresor [BTU/lbm]

Entalpia a la salida del compresor [BTU/lbm]

Una vez conocidas las caractersticas del fluido a la salida del intercambiador, y la presin

que me debe dar el compresor, procedo a calcular el trabajo del mismo:

(3)

40

Donde:

Trabajo del compresor [BTU/Hr]


Entalpia a la salida del evaporador [BTU/lbm]


Luego se procede al clculo del calor del condensador a travs de la formula:

(4)

Donde:

Calor del condensador [BTU/Hr]


Entalpia a la salida del condensador [BTU/lbm]


Estas formulas anteriores se aplican, como ya se menciono para cada uno de los ciclos

que conformen la Cascada. Luego se procede a Calcular el Coeficiente Operacional de Planta

(COP):

(5)

41

CALENDARIO DE ACTIVIDADES

Actividad Duracin

(das)

Sem

01

Sem

02

Sem

03

Sem

04

01

Buscar diversas biblioteca

donde se encuentren trabajos

relacionados al tema

5

02

Recolectar informacin de

trabajos anteriores que ayuden

a determinar las incgnitas y

equipos que sirvan para

satisfacer el ciclo.

4

03

Investigar las propiedades de

los refrigerantes ms usados

en la criogenizacin.

6

04

Describir el Proceso de

Cascada Simple a travs de

Diagramas de Operaciones

para facilitar el entendimiento

2

05

Realizar los clculos

correspondientes al ciclo de

refrigeracin ideado

7

06

Investigar sobre el

Funcionamiento del Software

PRO II

10

07 Comprobar el funcionamiento

del Ciclo a travs de PROII 4

08 Realizar las conclusiones con

respecto al ciclo ideado 2

Tabla 02. Calendario de Actividades . Realizada por los autores.

42

CAPTULO IV

MARCO EXPERIMIENTAL

EXPOSICIN DE RESULTADOS

Gracias a la utilizacin del software Pro/II v9.1 se ha podido simular ciertos valores

obtenidos mediante anlisis y clculo emprico, los cuales han sido hallados a su vez a partir

de las asunciones inicialmente tomadas. Entre las variables calculadas se encuentran:

Trabajo Neto de compresores, Calor en condensadores, Calor cedido en evaporadores, el

Coeficiente de Operacin de la Planta (COP) y el consumo global de los diversos

refrigerantes.

Grfico 03. Diagrama de Bloque del Sistema Termodinmico para la Licuefaccin de Metano usando un Sistema de Refrigeracin en Cascada Simple. Realizado por los autos (2014).

Como bien sabemos, es objeto de estudio de este trabajo de investigacin el Diseo de

un Sistema Termodinmico para la Licuefaccin de Metano, en donde se evaluarn al menos

tres diversas presiones de baja en los ciclos de refrigeracin, las cuales son: 20psia, 18psia y

16psia.

Cabe destacar que las propiedades necesarias para la utilizacin del procedimiento

metodolgico expuesto con anterioridad, han sido halladas con el uso del software Pro/II

43

v9.1, para obtener as resultados acordes a la ecuacin de estado asignada para ciclo de

refrigeracin, sea Peng-Robinson o Redlich-Kwong-Soave. Ahora bien, para cada caso de

estudio, se han obtenido resultados relacionados a:

Presin de baja en el Ciclo de Refrigeracin de 20psia.

Primer ciclo de refrigeracin con utilizacin de Propano.

Grfico 04. Diagrama de Bloque de Sistema de Refrigeracin con Propano. Realizado por los autos (2014).

Las propiedades termodinmicas obtenidas fueron:

T (F) P (psia) h (BTU/Lb) s

(BTU/Lb.F) CP

(BTU/Lb.F)

S1 Entrada Compresor

-30,305 20 146,185 1,835 -

S2 Entrada Condensador

116, 685 174,5 190,1 1,835 -

S3 Entrada Vlvula de Expansin

94 174,5 41,833 1,568 -

S4 Entrada Evaporador

- 20 41,833 - -

S5 Entrada Metano

94 14,7 111,989 3,138 0,538

S6 Salida Metano

-34,05 14,7 45,276 3,001 0,508

Tabla 03. Propiedades Termodinmicas de Sistema de Refrigeracin con Propano. Realizado por los autores, 2014.

Y a partir de estos de estos datos se obtiene que:

44

Flujo msico de refrigerantes en Lbm/hr 112924,012

Potencia del Evaporador en MMBtu/hr 11,784

Potencia del Compresor en MMBtu/hr (HP) 4,959

(1945,937)

Potencia del Condensador en MMBtu/hr -16,743

Tabla 03. Caractersticas de Sistema de Refrigeracin con Propano y sus equipos. Realizado por los autores, 2014.

Las simulaciones con el software Pro/II v9.1 generan ciertas hojas de reportes las cuales

expresan el resultado de las diversas variables de clculo que hemos realizado, a

continuacin, tendremos que:

Grfico 05. Reporte generado por software Pro/II en relacin a compresor de Sistema de Refrigeracin con Propano. Realizado por los autos (2014)

Ahora bien, en relacin al condensador del ciclo de refrigeracin dado, tendremos que:

45

Grfico 06. Reporte generado por software Pro/II en relacin a Condensador de Sistema de Refrigeracin con Propano. Realizado por los autos (2014).

Mientras que para el evaporador, se obtuvo que:

Grfico 07. Reporte generado por software Pro/II en relacin a Evaporador de Sistema de Refrigeracin con Propano. Realizado por los autos (2014).

46

Segundo ciclo de refrigeracin con utilizacin de Etileno.

Grfico 08. Diagrama de Bloque de Sistema de Refrigeracin con Etileno. Realizado por los autos (2014).



(BTU/Lb.F) CP

(BTU/Lb.F)


-145,387 20 77,847 1,609 -


232,32 700,624 190,022 1,609 -


45 700,624 31,908 1,328 -

S10 Entrada

Evaporador - 20 31,908 - -

S6 Entrada Metano

-34,05 14,7 45,276 3,001 0,508

S11 Salida Metano

-146,018 14,7 -11,089 2,848 0,501

Tabla 05. Propiedades Termodinmicas de Sistema de Refrigeracin con Etileno. Realizado por los autores, 2014.




Potencia del Compresor en MMBtu/hr (HP) 24,310 (9539,321)


Tabla 06. Caractersticas de Sistema de Refrigeracin con Etileno y sus equipos. Realizado por los autores, 2014.

47

Siendo los reportes obtenidos por el software Pro/II v9., para el condensador:

Grfico 09. Reporte generado por software Pro/II en relacin a condensador de Sistema de Refrigeracin con Etileno. Realizado por los autos (2014).

Grfico 10. Reporte generado por software Pro/II en relacin a compresor de Sistema de Refrigeracin con Etileno. Realizado por los autos (2014).

Ahora, respecto al evaporador, se obtuvo que:

Grfico 11. Reporte generado por software Pro/II en relacin al evaporador de Sistema de Refrigeracin con Etileno. Realizado por los autos (2014).

48

Tercer ciclo de refrigeracin con utilizacin de Nitrgeno.

Grfico 12. Diagrama de Bloque de Sistema de Refrigeracin con Nitrgeno. Realizado por los autos (2014).



(BTU/Lb.F) CP

(BTU/Lb.F)

S12 Entrada

Compresor -315,677 20 -102,766 1,206 -

S13 Entrada

Condensador -8,532 925 -34,931 1,206 -

S14 Entrada

Vlvula de Expansin

-205 925 -115,31 0,959 -

S15 Entrada

Evaporador - 20 -115,31 - -

S11 Entrada Metano

-146,018 14,7 -11,089 2,848 0,501

S16 Salida Metano

-258,045 14,7 -83,226 2,547 0,501

Tabla 07. Propiedades Termodinmicas de Sistema de Refrigeracin con Nitrgeno. Realizado por los autores, 2014.

49






Tabla 08. Caractersticas de Sistema de Refrigeracin con Nitrgeno y sus equipos. Realizado por los autores, 2014.

Los reportes que se tienen en el software Pro/II v9.1 son:

Grfico 13. Reporte generado por software Pro/II en relacin a condensador de Sistema de Refrigeracin con Nitrgeno. Realizado por los autos (2014).

Grfico 14. Reporte generado por software Pro/II en relacin al compresor de Sistema de Refrigeracin con Nitrgeno. Realizado por los autos (2014).

50

Quedando con respecto al evaporador:


Ahora bien, los estatutos finales que son tomados en consideracin y generados por el

ciclo de refrigeracin en Cascada Simple son:

Fraccin Lquida (%) 6,96

Flujo de Metano Licuado Obtenido en Lbm/hr 12293,97

Trabajo Neto en MMBtu/hr 98,174

Calor Neto en los evaporadores en MMBTU/hr 34,481

COP 2,847

Consumo total de refrigerantes en Lbm/hr 1345404,66 Tabla 09. Resultados Obtenidos en Licuefaccin con 20psi de Presin de Baja en los Ciclos de

Refrigeracin. Realizado por los autores (2014).

Presin de baja en el Ciclo de Refrigeracin de 18psia.

Primer ciclo de refrigeracin con utilizacin de Propano.



(BTU/Lb.F) CP

(BTU/Lb.F)


-35,424 20 144,662 1,836 -

51


117,876 174,5 190,665 1,836 -


94 174,5 41,833 1,568 -

S4 Entrada Evaporador

- 20 41,833 - -

S5 Entrada Metano

94 14,7 111,989 3,138 0,538

S6 Salida Metano

-39,797 14,7 42,359 2,994 0,508

Tabla 10. Propiedades Termodinmicas de Sistema de Refrigeracin con Propano. Realizado por los autores, 2014.




Potencia del Compresor en MMBtu/hr (HP) 5,502

(2159,134)


Tabla 11. Caractersticas de Sistema de Refrigeracin con Propano y sus equipos. Realizado por los autores, 2014.

Las simulaciones con el software Pro/II v9.1 generan ciertas hojas de reportes las cuales

expresan el resultado de las diversas variables de clculo que hemos realizado, a

continuacin, tendremos que:

52

Grfico 16. Reporte generado por software Pro/II en relacin a compresor de Sistema de Refrigeracin con Propano. Realizado por los autos (2014)

Ahora bien, en relacin al condensador del ciclo de refrigeracin dado, tendremos que:

Grfico 17. Reporte generado por software Pro/II en relacin a Condensador de Sistema de Refrigeracin con Propano. Realizado por los autos (2014).

53

Mientras que para el evaporador, se obtuvo que:

Grfico 18. Reporte generado por software Pro/II en relacin a Evaporador de Sistema de Refrigeracin con Propano. Realizado por los autos (2014).

Segundo ciclo de refrigeracin con utilizacin de Etileno.



(BTU/Lb.F) CP

(BTU/Lb.F)


-148,836 20 77,032 1,614 -


238,527 700,624 193,203 1,614 -


45 700,624 31,908 1,328 -

S10 Entrada

Evaporador - 20 31,908 - -

S6 Entrada Metano

-39,797 14,7 42,359 2,994 0,508

S11 Salida Metano

-149,68 14,7 -12,925 2,842 0,501

Tabla 12. Propiedades Termodinmicas de Sistema de Refrigeracin con Etileno. Realizado por los autores, 2014.

54






Tabla 13. Caractersticas de Sistema de Refrigeracin con Etileno y sus equipos. Realizado por los autores, 2014.

Siendo los reportes obtenidos por el software Pro/II v9.1:

Grfico 19. Reporte generado por software Pro/II en relacin a compresor de Sistema de Refrigeracin con Etileno. Realizado por los autos (2014).

Para el condensador, obtuvimos que:

Grfico 20. Reporte generado por software Pro/II en relacin a condensador de Sistema de Refrigeracin con Etileno. Realizado por los autos (2014).

55

Ahora, respecto al evaporador, se obtuvo que:

Grfico 21. Reporte generado por software Pro/II en relacin al evaporador de Sistema de Refrigeracin

con Etileno. Realizado por los autos (2014).

Tercer ciclo de refrigeracin con utilizacin de Nitrgeno.

Grfico 22. Diagrama de Bloque de Sistema de Refrigeracin con Nitrgeno. Realizado por los autos (2014).

56



(BTU/Lb.F) CP

(BTU/Lb.F)

S12 Entrada

Compresor -317,398 20 -103,078 1,211 -

S13 Entrada

Condensador -8,532 925 -34,931 1,206 -

S14 Entrada

Vlvula de Expansin

-205 925 -115,31 0,959 -

S15 Entrada

Evaporador - 20 -115,31 - -

S6 Entrada Metano

-149,68 14,7 -12,925 2,842 0,501

S16 Salida Metano

-258,045 14,7 -83,229 2,547 0,501

Tabla 14. Propiedades Termodinmicas de Sistema de Refrigeracin con Nitrgeno. Realizado por los autores, 2014.






Tabla 15. Caractersticas de Sistema de Refrigeracin con Nitrgeno y sus equipos. Realizado por los autores, 2014.

Los reportes que se tienen en el software Pro/II v9.1 son:

Grfico 23. Reporte generado por software Pro/II en relacin a condensador de Sistema de Refrigeracin con Nitrgeno. Realizado por los autos (2014).

57


Quedando con respecto al evaporador:


58

Ahora bien, los estatutos finales que son tomados en consideracin y generados por el

ciclo de refrigeracin en Cascada Simple son:

Fraccin Lquida (%) 6,97

Flujo de Metano Licuado Obtenido en Lbm/hr 12331,634

Trabajo Neto en MMBtu/hr 99,824

Calor Neto en los evaporadores en MMBTU/hr 34,482

COP 2,895

Consumo total de refrigerantes en Lbm/hr 1351192,66 Tabla 16. Resultados Obtenidos en Licuefaccin con 18psi de Presin de Baja en los Ciclos d

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