El Gas Natural es un combustible que tiene un sinnúmero de aplicaciones, además de ser generador de desarrollo y crecimiento económico, pero tal vez lo más importante es que es una fuente generadora de energía de transición hacia las energías limpias.
Este periodo de transición será largo y hasta ahora está iniciando, por lo que este es el momento de mayor crecimiento para el uso del Gas Natural.
La factibilidad y disponibilidad del uso de sistemas de Gas Natural paradójicamente depende en algunos casos de uno de los combustibles que por tradición ha sido su competidor, se trata del Gas Licuado de Petróleo (GLP); un combustible con el que generalmente compite en temas comerciales, llegando incluso en algunas oportunidades a enfrentar los gremios representantes de cada uno de ellos hasta el punto de desacreditarse entre sí, con tal de lograr captar más usuarios y ganar una carrera comercial en algunos casos sin sentido.
Es paradójico, porque hay aplicaciones donde ambos combustibles son complementarios y en los cuales su uso se hace como si fuera una gran sociedad dando resultados satisfactorios, no solo para los representantes comerciales, sino para los mismos usuarios, y lo más importante, para el medio ambiente.
Para entender este tipo de sociedad entre ambos combustibles es necesario situar al Gas Natural como combustible principal de un sistema; ya sea en aplicaciones del sector industrial o incluso en el sector residencial a través de las empresas concesionarias de Gas Natural; ya que los dos sectores han tenido que enfrentar en algún momento contingencias debido a desabastecimiento del hidrocarburo por diferentes razones. Estas contingencias hacen que dichos consumidores sean vulnerables, donde las reducciones y/o cortes de suministro de Gas Natural afecta la calidad del servicio y los procesos de producción.
Para entender de forma técnica cómo se complementan el Gas Natural y el GLP, se debe recurrir a un poco de historia.
Desde el año de 1942 el Comité Técnico y de Investigación del Gas Natural de la American Gas Association (A.G.A.) realizó estudios para predecir las características de combustión de gases típicos cuando son utilizados como combustibles de suplemento o sustitutos. Estos estudios fueron denominados: Ensayos de Intercambiabilidad.
Estos ensayos se adelantaron con diferentes tipos de combustibles gaseosos. El resultado de este trabajo se publicó en el año 1946 en el Boletín de Investigación No.36 de dicha entidad; en donde se demostró que uno de los posibles combustibles sustitutos por su similitud era una mezcla de GLP con Aire.
A esta mezcla se le han dado diferentes nombres, como Aire Propanado, Propano-Aire, Gas Natural Manufacturado, Gas Natural Sustituto, Gas Mezclado, Gas Natural Sintético (GNS), entre otros.
Se han hecho muchas investigaciones y se han propuesto varios métodos sobre el estudio de factores tales como el poder calorífico, la gravedad específica y las características de la llama siendo expresados en ecuaciones y tablas para poder predecir la intercambiabilidad de los combustibles.
La aplicación de dichos métodos ha encontrado distintos grados de éxito, que dependen de la selección de valores limitantes para los índices de intercambiabilidad.
El método más satisfactorio para determinar la intercambiabilidad es operar, en laboratorio, una cierta cantidad de artefactos representativos del tipo más crítico en cuanto al manejo del combustible se refiere1. La intercambiabilidad se indicará por su rendimiento utilizando el gas sustituto propuesto.
Anteriormente se decía que dos gases eran intercambiables si los resultados de las características de la llama eran satisfactorios después de la sustitución de un gas por otro: cuando no se presentaba el desprendimiento de llama, cuando la llama no presentaba puntas amarillas, o no había un retroceso de llama; estos eran resultados que se consideraban satisfactorios.
Este principio actualmente es más complejo, ya que no se limita a resultados visuales; actualmente la intercambiabilidad es aceptable cuando existe la capacidad de sustituir un combustible gaseoso por otro sin disminuir la confiabilidad operativa, la eficiencia o rendimiento mientras se mantienen las emisiones de los productos de la combustión dentro de los límites reglamentarios.
La intercambiabilidad se define en términos de medidas cuantitativas de base técnica, como índices, los cuales han demostrado una amplia aplicación en los usuarios finales y que pueden aplicarse sin discriminar proveedores o usuarios finales.
En este sentido, inicialmente la A.G.A. desarrolló índices que relacionaban la gravedad específica de los gases, los poderes caloríficos y los porcentajes de aire requeridos para la combustión.
Algunos de los índices que actualmente son más aceptados son los que se determinan por medio de las fórmulas de Knoy, los índices de Weaver y el índice de Wobbe. Todos éstos índices también relacionan las propiedades de los combustibles anteriormente mencionadas.
El I.G.T. (Institute of Gas Technology) también realizó investigaciones encaminadas a determinar la intercambiabilidad del Gas Natural. Ésta investigación se realizó con Gasóleo de alto poder calorífico y con Propano enriquecido, siendo éste último el más indicado para realizar dicha intercambiabilidad.
La Agencia de Minas de los Estados Unidos también adelantó estudios sobre la intercambiabilidad de los combustibles en donde se estudió la velocidad de flujo del combustible a través de quemadores.
Basados en todos éstos métodos de estudio y los resultados de las investigaciones sobre la intercambiabilidad de los gases combustibles, diferentes compañías fabricantes de equipos han desarrollado sistemas que pueden ser adaptados a las instalaciones internas de gas natural en las industrias o incluso para ser instalados en los puntos de suministro a las redes de distribución.
Los gases combustibles se dividen en tres familias, las cuales están relacionadas con los índices de Wobbe.
El Gas Natural es un combustible de la Segunda Familia y el GLP es un combustible de la Tercera Familia, por lo que la intercambiabilidad se dará cuando el GLP logre obtener un valor que corresponda al rango de la Segunda Familia.
El Índice de Wobbe se halla al aplicar la fórmula.
donde,
IW: Índice de Wobbe
PCS: Poder Calorífico Superior
G: Gravedad Específica
Generalmente el rango de aceptabilidad de Índice de Wobbe es de +/-10%.
Por ejemplo, si la gravedad específica del gas natural es aproximadamente de 0.6 y el poder calorífico superior es de 1,020 BTU/pie3, el Índice de Wobbe es:
Aunque el intervalo de aceptabilidad puede variar dependiendo del proceso que vaya a utilizar el GNS, el cual en algunos casos no acepta un intervalo tan amplio.
Haciendo uso de los conceptos anteriores, los sistemas de GNS se componen principalmente por:
- Un sistema de vaporización del GLP que puede ser con vaporizador mecánico o por medio de la vaporización natural del recipiente donde se encuentra almacenado; como se sabe, éste combustible se encuentra en estado líquido para efectos de su transporte y almacenamiento, pero para su uso debe hacerse en estado vapor.
- Mezclador de aire con el GLP, éste equipo mezcla el aire con el GLP vaporizado para lograr la composición ideal y que obtenga un Índice de Wobbe idóneo para que el GNS sea intercambiable con el Gas Natural.
- Controlador de la mezcla, hace las veces de vigilante y controlador de la composición del gas que se está suministrando a la línea de gas natural después del proceso de obtención del GNS.
Los sistemas de GNS también cuentan con equipos adicionales como son las bombas de GLP, las cuales son utilizadas para conducir el GLP desde el tanque de almacenamiento hasta el vaporizador manteniendo una presión constante necesaria para el funcionamiento del sistema; también hay casos en los cuales debido a las características de operación, se requiere de un compresor de aire, el cual hace que se entregue aire a una alta presión, además de entregar un producto completamente seco; y también cuentan con sus accesorios tanto de operación como de seguridad, los cuales cumplen funciones importantes para el buen desempeño del sistema.
Algunos de los problemas que pueden ocurrir cuando no se tiene una correcta intercambiabilidad son:
- Formación de hollín
- Combustión incompleta
- Alta concentración de monóxido de carbono
- Retroceso de llama
- Presencia de hidrocarburos sin quemar (HxCx)
- Daños en equipos de combustión
- Se afecta la calidad de los productos obtenidos en procesos de manufactura como en la industria cerámica y vidrio.
- Pérdida de eficiencia energética de los procesos
También Se debe prestar especial atención al manejo de las presiones y temperaturas de la mezcla, ya que al tener como principal combustible el GLP, este es propenso a licuarse nuevamente.
La operación del sistema de GNS es más eficiente en la medida que el GLP utilizado tiene mayor porcentaje de propano, ya que permite mantener el punto de rocío bajo, algo que es particularmente importante en la operación de sistemas de distribución.
Estos sistemas pueden ser un gran aliado en el desarrollo de la infraestructura del Gas Natural en América Latina, ya que, al ser un sistema compatible con este, puede ser utilizado no solo como respaldo o para uso en picos de consumo, sino que también puede ser un sistema precursor, teniendo como ventaja un bajo costo de inversión de implementación frente a la inversión que puede llegar a requerirse comparado por ejemplo con los sistemas de regasificación de GNL.
El uso de los sistemas de GNS es una opción que debe ser tenida en cuenta para que la confiabilidad de los sistemas de Gas Natural sea mayor, y puedan así tanto el GLP como el Gas Natural continuar aportando como una gran sociedad a la mitigación de daños ambientales sustituyendo poco a poco los sistemas más contaminantes.
SANTIAGO DIAZ S.
1 AMERICAN GAS ASSOCIATION. Interchangeability: What it Means. Denver, 1978.