Vaporización de propano en instalaciones industriales: cálculo de botellas en paralelo
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El problema real del que partimos
En esta masterclass resolvemos una consulta concreta que recibimos a propósito de un aparato industrial alimentado con propano. El equipo consume 2,2 kilogramos por hora, está conectado a dos botellas dispuestas en paralelo y presenta llama inestable, de color naranja, junto con un fenómeno de congelación parcial de las botellas. Detrás de estos síntomas hay un problema de vaporización mal dimensionado, una situación que aparece con cierta frecuencia en instalaciones industriales con GLP y que conviene saber diagnosticar.
A partir de este caso, desarrollaremos el marco teórico necesario para entender por qué ocurre, cómo se calcula el número de botellas adecuado para cada régimen de consumo y qué configuración debe tener la instalación para funcionar correctamente.
GLP envasado: butano y propano
Repasaremos las diferencias entre butano y propano comercial, dos productos intercambiables pero con comportamientos distintos en condiciones de baja temperatura. Veremos por qué el propano es la opción adecuada cuando las botellas se ubican en el exterior o en ambientes fríos, y por qué el butano queda limitado al interior de los locales y a unas condiciones muy concretas. También revisaremos las limitaciones reglamentarias sobre el número máximo de botellas en interior y sobre las presiones admisibles para gas dentro de un local.
Para fijar conceptos, analizaremos la gráfica de tensión de vapor del butano y del propano, la franja en la que cada producto entra en equilibrio líquido-vapor y la lectura que debemos hacer de esa información para tomar decisiones de proyecto. Identificaremos también los distintos formatos de envase disponibles en la península y en Canarias, con sus capacidades y aplicaciones habituales.
Qué ocurre dentro de una botella de propano
Antes de calcular nada, conviene entender qué pasa físicamente en el interior del envase. Veremos cómo se reparten las fases líquida y vapor en una botella recién suministrada, cómo se comporta ese equilibrio cuando varía la temperatura ambiente y por qué la presión interna queda gobernada por las condiciones de saturación mientras coexistan ambas fases.
A continuación, abordaremos el fenómeno central de la lección: la vaporización. Repasaremos qué le ocurre al líquido cuando empezamos a consumir gas, por qué la chapa de la botella se enfría, en qué condiciones puede llegar a congelarse y qué consecuencias tiene esa congelación sobre el caudal disponible. Conectaremos este comportamiento con el caso real del que partíamos para entender por qué aparece la llama naranja y la escarcha en la superficie del envase.
Cómo dimensionar las botellas en paralelo
Una vez claros los fundamentos, pasaremos al cálculo. Trabajaremos con las tablas y gráficas de vaporización del fabricante, que relacionan la capacidad de aporte de cada botella con la temperatura ambiente mínima y con el régimen de consumo previsto. Distinguiremos los distintos escenarios de uso, desde consumos puntuales de quince minutos hasta servicio continuo, y veremos cómo varía el caudal disponible por botella en función de ese parámetro.
Aplicaremos el procedimiento a nuestro caso real con dos hipótesis distintas: una instalación en servicio continuo y una instalación con ciclos de trabajo y descanso de dos horas. Compararemos los resultados y obtendremos el número de botellas en servicio que necesita cada configuración. También revisaremos la regla habitual de duplicación entre baterías en servicio y en reserva, y por qué tiene sentido aplicarla en instalaciones industriales.
La configuración correcta de la batería de botellas
Con el número de botellas resuelto, pasaremos a definir el esquema completo de la instalación. Repasaremos uno por uno los elementos que deben estar presentes en una batería bien proyectada: el cabezal adaptador de descarga libre, la lira como elemento de conexión flexible, el colector que une las botellas en paralelo, el inversor automático que regula la primera etapa y conmuta entre la batería en servicio y la batería en reserva, el limitador de presión como dispositivo de seguridad y el majiscopio o manómetro indicador del estado de carga.
Veremos también las dos etapas de regulación habituales en este tipo de instalaciones, desde los seis o siete bares iniciales en la botella hasta los 37 milibares de alimentación del aparato, y cuándo conviene colocar un regulador común frente a un regulador por aparato. Comentaremos cómo encajan las llaves de corte de edificio, de local y de aparato, y qué requisitos debe cumplir el paso de muro entre la caseta exterior y el local interior.
Lo que conviene recordar
Cerraremos la lección con un repaso de las cuestiones reglamentarias y prácticas que deben quedar fijadas: el límite máximo de botellas en el interior de un local, la obligatoriedad de las casetas exteriores ventiladas para baterías industriales, el tope de mil kilos en botellas y el momento en el que conviene plantearse el salto a depósitos fijos de propano como alternativa.
Si trabajas con instalaciones industriales que utilicen GLP envasado, esta lección te dará el criterio para diagnosticar problemas de vaporización, dimensionar correctamente la batería de botellas y proyectar la configuración completa. Te esperamos en el vídeo.
Preguntas frecuentes
Es el proceso por el que el propano en fase líquida pasa a fase vapor en el interior de la botella cuando consumimos gas. Al disminuir la presión en la parte superior del envase, el líquido entra en ebullición y absorbe calor de las paredes de la botella, calor que se repone desde el aire ambiente que rodea el envase.
Cuando el caudal demandado es elevado, el líquido absorbe calor de la chapa más rápido de lo que el aire ambiente puede reponerlo. La temperatura de la pared baja por debajo del punto de rocío del local y aparece condensación o escarcha. Si el enfriamiento progresa, la presión interna cae y el caudal disponible deja de ser suficiente para alimentar el aparato.
El propano es la opción adecuada en exterior y en zonas frías, porque mantiene presión útil por debajo de cero grados. El butano queda restringido al interior de los locales, con un máximo de dos botellas y siempre que la temperatura ambiente sea suficiente, ya que su tensión de vapor es mucho menor que la del propano y se detiene con facilidad en consumos exigentes.
Se divide el caudal másico del aparato, en kilogramos por hora, entre la capacidad unitaria de vaporización de la botella expresada en las mismas unidades. Ese segundo valor se obtiene de las tablas del fabricante en función de la temperatura mínima exterior y del régimen de servicio previsto. El resultado se redondea siempre al entero superior y se duplica para disponer de batería en reserva.
Como máximo dos, y siempre con regulador acoplado directamente al cabezal, porque dentro de un local la presión del gas no puede superar los dos bares manométricos. Las botellas industriales no pueden estar en interior salvo casos muy concretos en naves industriales con condiciones específicas; lo habitual es ubicar la batería en caseta exterior.
Realiza dos tareas simultáneas. Por un lado, ejecuta la primera etapa de regulación y reduce la presión de la botella hasta un valor del orden de 1,75 bares. Por otro, conmuta automáticamente entre la batería en servicio y la batería en reserva cuando la presión de la primera baja del umbral fijado, permitiendo mantener el suministro sin interrupción.
Cuando el número de botellas necesario para atender el consumo es elevado, cuando aparecen problemas recurrentes de vaporización pese a dimensionar correctamente la batería, o cuando el cómputo total se aproxima al límite reglamentario de mil kilogramos en botellas. El depósito fijo ofrece una superficie de intercambio mucho mayor y elimina, en la práctica, los problemas de vaporización.
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