Gestión del gas de evaporación en buques metaneros: recondensación frente a compresión
El calor penetra en el tanque de carga de GNL a través del aislamiento. No se puede detener. Lo que se obtiene es vapor — gas de evaporación (BOG) — que aumenta la presión dentro del sistema de contención de carga y debe gestionarse continuamente, en cada viaje, no solo cuando se convierte en un problema. Si se deja que la presión suba, habrá que ventear, se perderá carga y, en los buques modernos, se incurrirá en un incumplimiento normativo. En un trayecto con carga, el caudal de BOG sigue la tasa de evaporación (BOR):
BOR (kg/h) = [Q_total × (1 − x)] / H_vap
donde Q_total es el ingreso total de calor al sistema de carga (W), x es la fracción de masa líquida y H_vap es el calor latente de vaporización de la mezcla de GNL (J/kg). Cada kilogramo por hora de BOG no gestionado es producto perdido, combustible que no se quemó o carga del compresor por la que se pagó potencia en el eje. Al elegir la ruta de gestión — recondensación frente a la corriente de envío, compresión directa para combustible o relicuefacción a bordo — se está eligiendo el coste operativo, la flexibilidad del viaje y la adecuación del buque a la terminal.
Las tres rutas de gestión
Ruta 1: Compresión de BOG para combustible de propulsión o GCU
La ruta más antigua y sencilla. Se comprime el vapor de los tanques de carga y se envía a la planta propulsora principal: turbinas de vapor que queman el gas de evaporación directamente en los buques más antiguos, o motores de inyección de gas a alta o baja presión en los buques modernos de combustible dual. Una unidad de combustión de gas (GCU) actúa como respaldo de seguridad cuando la demanda de propulsión no puede consumir todo el BOG generado.
La compresión por sí sola no recupera el BOG como carga líquida. En navegación lenta con carga, la demanda de propulsión puede ser inferior a la tasa de generación de BOG; el excedente va a la GCU y esa carga se pierde. LNG Industry señala que los compresores alternativos ofrecen un mejor rango de regulación para tasas variables de BOG, mientras que las máquinas centrífugas se adaptan a operaciones de estado estacionario y alto rendimiento, pero presentan sensibilidad al bombeo que requiere un control antibombeo cuidadoso.
Ruta 2: Recondensación frente a la corriente de envío
En la terminal receptora, las bombas de envío de GNL a alta presión impulsan el líquido hacia los vaporizadores. La recondensación sitúa un tambor de mezcla entre las bombas de carga y las bombas de alta presión: se comprime el BOG a una presión intermedia, se inyecta en el GNL subenfriado que sale de los tanques de carga y el vapor se condensa de nuevo a líquido. Desde allí, la corriente combinada pasa a las bombas de envío de alta presión.
Eficiente energéticamente, siempre que se disponga de un gran flujo de envío que actúe como sumidero de frío. El dimensionamiento del tambor recondensador y la relación entre el flujo másico de BOG y el flujo de GNL líquido determinan si se logra una condensación completa. Si disminuye la tasa de envío — arranque de la terminal, descarga parcial, extracción lenta —, el sumidero de frío se reduce. La recondensación resulta incompleta. En ese caso, se requiere un bypass a la GCU o se restringe el flujo de la bomba de carga.
Ruta 3: Relicuefacción a bordo
Los sistemas de relicuefacción comprimen el BOG a alta presión y lo enfrían de nuevo a la temperatura de saturación mediante un ciclo de refrigeración dedicado, devolviendo el líquido a los tanques de carga. Se han estudiado varias configuraciones de ciclos.
Una configuración adicional — la relicuefacción directa utilizando GNL subenfriado como fuente de frío sin un lazo de refrigeración dedicado — se examinó en Energy (2020, vol. 199).
Evaluación comparativa
| Criterio | Compresión de BOG + GCU | Recondensación (terminal) | Relicuefacción a bordo |
|---|---|---|---|
| Preservación de carga | Ninguna: BOG consumido o quemado | Total, solo durante la descarga | Total, durante todo el viaje |
| Idoneidad según duración del viaje | Trayectos con carga cortos a medios | Solo ventana de descarga | Trayectos con carga largos |
| Dependencia de la terminal | Independiente | Requiere alta tasa de envío | Independiente |
| Demanda de potencia | Baja (solo compresión) | Baja a moderada | La más alta (ciclo de refrigeración completo) |
| Complejidad de capital | Baja | Moderada (tambor recondensador, controles) | Alta (planta de refrigeración, compresores criogénicos) |
| Regulación / emisiones | Emisiones de GCU en navegación lenta | Sin venteo; ruta limpia | Sin venteo; ruta limpia |
| Flexibilidad a carga parcial | La GCU absorbe el excedente | Limitada por la tasa de envío | Amplio rango operativo |
Se han omitido los números en las celdas de la tabla donde no hay un valor de fuente atribuido; se utilizan descriptores cualitativos en todo el documento.
Decision Framework by Voyage Length and Terminal Type
Trayectos cortos cargados con terminales convencionales
Trayecto corto cargado, terminal con una tasa de envío alta y constante: la recondensación es la vía preferida. El BOG generado en tránsito se destina a combustible de propulsión; una vez que el buque está atracado, el recondensador se encarga del vapor residual de la descarga. El flujo de envío de la terminal es su sumidero frío, y no requiere maquinaria de refrigeración adicional para ello. Mantenga la GCU alineada para los tramos donde la tasa de envío disminuya.
Trayectos largos cargados o viajes en chárter por mercado spot
Los trayectos largos cargados (rutas transoceánicas con mucho tiempo de navegación antes de llegar a una terminal) generan BOG más rápido de lo que la propulsión puede quemarlo, y la navegación lenta (slow steaming) empeora la situación. Aquí es donde la relicuefacción a bordo amortiza su capital y coste energético: preserva la carga que, de otro modo, la GCU destruiría.
Unidades flotantes de almacenamiento y regasificación (FSRUs)
Las FSRUs son un problema híbrido. Durante el envío, la recondensación contra el flujo de alta presión es la ruta dominante, exactamente igual que en una terminal en tierra. En reposo o con bajo envío, el recondensador no tiene sumidero frío, y el BOG debe ir a la GCU o a una capacidad de relicuefacción suplementaria. Si está especificando equipos para FSRU, asegúrese de que el sistema de control del recondensador pueda soportar transiciones rápidas en la tasa de envío sin excursiones de presión en los tanques de carga.
Illustrative Scenario
El siguiente es un ejemplo ilustrativo construido para demostrar la lógica de decisión; no representa a un buque o proyecto específico.
Un metanero de clase Q-Flex es nominado para un trayecto cargado de aproximadamente 21 días desde una terminal de exportación en Oriente Medio hasta una terminal de importación en el noroeste de Europa que opera a una tasa de envío reducida debido a la demanda estacional. El buque está equipado con motores principales de combustible dual y una GCU, pero no cuenta con planta de relicuefacción a bordo.
En la primera semana, la demanda de propulsión consume la mayor parte del BOG. Luego, el buque se aproxima al puerto de entrega y reduce la velocidad por programación, y la demanda de propulsión cae por debajo de la tasa de generación de BOG. La GCU se activa para consumir el excedente de vapor. A la llegada, la tasa de envío de la terminal es insuficiente para proporcionar un sumidero frío de recondensación completo, por lo que una proporción del BOG durante la descarga se desvía al propio sistema de gas combustible de la terminal en lugar de recondensarse.
El resultado: una pérdida de carga medible frente a un buque equipado con capacidad de relicuefacción parcial. La conclusión del marco de decisión para esta combinación de ruta y terminal es que una planta de relicuefacción a bordo (incluso una dimensionada para la recuperación parcial de BOG en lugar de la relicuefacción total) reduciría el consumo de la GCU y preservaría la carga en el tramo de navegación lenta.
Pre-Voyage and Equipment Selection Checklist
- Obtenga la tasa de envío nominal y mínima de la terminal receptora, compárela con la tasa de generación de BOG esperada durante la descarga y dimensione el domo del recondensador y la relación líquido-BOG a partir de ahí.
- Establezca la duración del trayecto cargado bajo el perfil de velocidad contratado; si las horas de operación de la GCU en condiciones de navegación lenta superan un umbral aceptable, evalúe la relicuefacción a bordo.
- Verifique el turndown del compresor frente a la tasa mínima esperada de BOG (viaje en lastre, tanques enfriados) para no operar en zona de surge o reciclar excesivamente.
- Para la selección de la planta de relicuefacción, compare los ciclos de refrigerante mixto del compresor a temperatura normal frente a las rutas de condensación directa de GNL subenfriado basándose en la temperatura esperada de la carga a mitad del viaje.
- Confirme que la capacidad de la GCU cubra la tasa máxima creíble de BOG (alta temperatura ambiente, carga completa, máxima entrada de calor) como respaldo de seguridad independientemente de la ruta de gestión primaria elegida.
- Revise la filosofía de control del recondensador para cambios rápidos en la tasa de envío: el sistema de control debe evitar el paso de BOG a la línea de envío de alta presión.
- Para cualquier intervención de mantenimiento en los compresores de BOG o en la planta de relicuefacción: aplique aislamiento total de succión y descarga, despresurice hasta presión cero verificada, confirme el estado de energía cero, aplique LOTO, verifique la ausencia de atmósfera inflamable con detección de gas calibrada y asegure el venteo seguro a una columna de venteo aprobada o colector de antorcha antes de abrir la contención.
- Alinee la estrategia de gestión de BOG con los requisitos aplicables de la IMO para buques gaseros y el Plan de Gestión de Eficiencia Energética del Buque (SEEMP) aprobado.
Conclusion
Ninguna ruta única de gestión de BOG es óptima en todas las condiciones operativas. La recondensación es la solución correcta en terminales con tasas de envío altas y sostenidas y para tráficos de corta distancia donde las ventanas de descarga dominan el balance de BOG. La compresión para combustible de propulsión más el respaldo de la GCU es adecuada para trayectos de duración media en buques donde el perfil de demanda de propulsión sigue de cerca la generación de BOG. La relicuefacción a bordo se justifica económica y operativamente en trayectos largos cargados, contratos de navegación lenta y donde la preservación de la carga es comercialmente crítica.
El siguiente paso para cualquier equipo de proyecto es modelar la curva de generación de BOG esperada a lo largo de todo el viaje (teniendo en cuenta la temperatura ambiente, la temperatura del puerto de carga y el perfil de velocidad) y superponerla a la curva de demanda de combustible de propulsión y a la capacidad de envío de la terminal. Ese modelo, en lugar de una especificación genérica de equipos, debe impulsar el diseño del sistema de gestión de BOG y el dimensionamiento del compresor y la planta de relicuefacción.
