Dimensionamiento del tanque de GLP para un generador de 40 kW: vaporización y clima frío

Un generador de GLP de 40 kW necesita un tanque capaz de cumplir dos funciones: almacenar suficiente combustible para el tiempo de funcionamiento requerido y suministrar vapor de combustible con la rapidez necesaria a la temperatura mínima prevista. Un tanque puede cumplir el requisito de autonomía y, aun así, ser demasiado pequeño para garantizar una extracción fiable de vapor, especialmente cuando está casi vacío y lleva varias horas en funcionamiento.

Por lo tanto, la selección de un grupo electrógeno de GLP de 40 kW en caja depende de la demanda de combustible del motor, la composición especificada del combustible, la temperatura mínima de funcionamiento y el nivel de llenado admisible del tanque, no solo de la potencia eléctrica. Para determinar un tamaño de tanque justificable, se necesita la capacidad de vaporización en esas condiciones y, después, verificar el sistema completo de suministro de combustible.

Empiece por la demanda de combustible del generador

El dato preferible es el consumo de combustible indicado por el fabricante del generador para la carga requerida, expresado en kg/h, L/h de propano líquido o un volumen de gas por hora claramente definido. Confirme si la cifra corresponde al propano o a otra composición de GLP y si representa un funcionamiento continuo a la potencia nominal. El consumo a carga parcial resulta útil para estimar el consumo habitual, pero no sustituye al valor a plena carga cuando se necesita disponer de toda la potencia.

Si solo se indica el volumen de gas, es importante conocer la temperatura y la presión de referencia. Una cifra en metros cúbicos normales por hora no puede considerarse el volumen real en una tubería sin tener en cuenta esas condiciones. Para los cálculos de almacenamiento, convierta el consumo a volumen o masa de líquido utilizando las propiedades correspondientes al combustible especificado.

Un cálculo ilustrativo muestra la diferencia entre almacenamiento y vaporización. Supongamos que el fabricante especifica14 kg/h con la carga de funcionamiento requerida y que el proyecto exige 24 horas sin repostar. El combustible utilizable necesario es:

14 kg/h × 24 h = 336 kg de GLP

Este es un ejemplo, no una cifra de consumo aplicable a todos los generadores de 40 kW. La capacidad nominal necesaria del tanque será mayor porque no se puede llenar hasta su volumen geométrico total y porque el proyecto puede exigir que se mantenga combustible hasta un nivel mínimo de funcionamiento o de reserva. El nivel máximo de llenado permitido debe cumplir la normativa aplicable y las instrucciones del proveedor; no debe suponerse que es el mismo para todos los tanques y jurisdicciones.

Por qué un tanque dimensionado para la autonomía puede fallar con frío

En un sistema de extracción de vapor, el GLP líquido absorbe calor a través de la pared del tanque y del entorno a medida que hierve. La extracción enfría el líquido restante. Cuando el tanque pierde calor más rápido de lo que puede recuperarlo, descienden la temperatura del líquido y la presión de vapor. En ese caso, es posible que el regulador no reciba suficiente presión de entrada, aunque todavía quede combustible líquido en el recipiente.

La capacidad de vaporización natural no es un valor fijo que dependa únicamente del volumen del tanque. Depende de la temperatura ambiente, la temperatura del líquido, la superficie mojada expuesta, la composición del combustible y la duración de la extracción. Un tanque parcialmente vacío ofrece menos superficie mojada para la transferencia de calor que el mismo tanque con un nivel de llenado más alto. Por eso, una capacidad nominal calculada con el tanque lleno o recién rellenado puede sobrestimar la capacidad disponible al final de un funcionamiento prolongado.

El propano y el butano también se comportan de manera diferente con bajas temperaturas: el butano tiene un punto de ebullición más alto y contribuye menos fácilmente al suministro de vapor a baja temperatura. Si el GLP suministrado es una mezcla, su composición puede afectar tanto la presión como el rendimiento de vaporización; el vapor extraído puede tener una composición distinta a la del líquido restante. Utilice el combustible especificado por el proveedor y los datos de vaporización aplicables, en lugar de suponer que todos los productos vendidos como GLP se comportan como el propano comercial.

En un generador de reserva, la situación crítica puede ser un corte prolongado del suministro eléctrico durante una ola de frío, no una prueba semanal breve. El tanque debe verificarse a la temperatura ambiente mínima plausible, al nivel mínimo de líquido previsto y durante el tiempo requerido con la carga esperada. La nieve o el hielo alrededor del tanque pueden afectar la transferencia de calor y el acceso, por lo que también deben tenerse en cuenta las condiciones locales de instalación.

Verifique la vaporización con los datos del proveedor

Solicite al proveedor del tanque o del GLP la capacidad de vaporización natural en kg/h a la temperatura de diseño y al nivel mínimo de líquido, indicando la duración de la extracción. Compare esa capacidad con el caudal másico máximo de combustible que requiere el generador, más cualquier otra demanda simultánea de vapor. La capacidad debe ser adecuada en las mismas condiciones; no es válido sustituirla por un valor de una tabla correspondiente a una temperatura más alta o a un nivel de llenado superior.

Si el proveedor indica la capacidad como potencia térmica en lugar de caudal másico, utilice la misma base de poder calorífico para ambos términos de la comparación. Si el consumo del generador se expresa sobre la base del poder calorífico inferior y la tabla del tanque utiliza el poder calorífico superior, ajuste las cifras antes de compararlas. Evite aplicar un multiplicador arbitrario al tamaño del tanque: la geometría y las hipótesis de la tabla pueden cambiar el resultado.

Si la vaporización natural es insuficiente, se puede considerar un tanque más grande, varios tanques configurados adecuadamente o un vaporizador diseñado para la aplicación. Para instalar varios recipientes se necesitan colectores y reguladores correctamente diseñados; la suma de sus capacidades nominales de almacenamiento no demuestra por sí sola el caudal suministrable. Un vaporizador puede aumentar la producción de vapor, pero implica requisitos propios de alimentación eléctrica, control, instalación y mantenimiento. En una aplicación de reserva, el diseño debe contemplar que pueda funcionar durante el corte del suministro eléctrico.

La capacidad del tanque no es la única especificación del sistema de combustible

Incluso con una vaporización adecuada en el tanque, el generador puede quedarse sin combustible debido a una pérdida de presión excesiva o a un regulador subdimensionado. Verifique la capacidad del regulador con las presiones reales de entrada y salida, así como la longitud y el diámetro de las tuberías, los accesorios, las válvulas, los filtros y los posibles efectos de la elevación. El proveedor del generador debe especificar el intervalo admisible de presión de entrada del combustible y el punto donde debe medirse la presión.

También es necesario prestar atención al arranque y a la aceptación de carga. Compruebe si el fabricante especifica una demanda transitoria de combustible o una presión mínima durante el arranque y los cambios de carga. Un sistema dimensionado únicamente para el consumo horario medio puede no mantener la presión durante esos eventos. A la inversa, no debe suponerse que el caudal máximo nominal de un regulador está disponible con cualquier presión de entrada, especialmente cuando baja la temperatura del tanque.

Los requisitos del sistema de combustible dependen de cada aplicación. Por ejemplo, elgenerador CHP de gas natural de 200 kW es una unidad de cogeneración y refrigeración que funciona con gas natural; no deben utilizarse sus condiciones de suministro de combustible en lugar de las correspondientes a un generador de GLP de 40 kW. El tipo de combustible, los requisitos de presión y los datos de consumo del motor deben corresponder al equipo que se está evaluando.

Instalación y verificación

Cumpla los códigos vigentes en la jurisdicción donde se realiza la instalación. En Estados Unidos, NFPA 58 aborda el almacenamiento y la manipulación de gas LP, mientras que NFPA 37 también puede ser pertinente para motores de combustión estacionarios; los requisitos aplicables dependen de las ediciones adoptadas, las modificaciones locales y la autoridad competente. Otros países aplican normas distintas. La ubicación del tanque, las distancias de separación, la protección contra el sobrellenado, el alivio de presión, las tuberías y la instalación del vaporizador deben evaluarse conforme a los requisitos aplicables y a las instrucciones de los equipos.

Antes de aprobar el diseño, obtenga las especificaciones de consumo de combustible y presión de entrada del generador, la composición del combustible suministrado y una capacidad de vaporización del tanque documentada para las condiciones de diseño. La puesta en servicio debe incluir comprobaciones de la presión del combustible en el generador bajo condiciones de carga representativas, realizadas por personal cualificado y mediante procedimientos aprobados. Una prueba en condiciones cálidas puede revelar problemas de suministro, pero por sí sola no demuestra la capacidad de vaporización con frío.

La selección final es la configuración más pequeña que cumple la normativa y satisface tanto los requisitos de almacenamiento utilizable como los de suministro sostenido de combustible en las condiciones más desfavorables definidas, dejando explícito cualquier margen operativo o reserva específica del proyecto. Si no se demuestra el cumplimiento de cualquiera de estos dos requisitos, el volumen nominal del tanque por sí solo no es una base fiable para su aprobación.