El documento presenta tres alternativas para tratar la contaminación térmica causada por una planta de gas en México. La opción más adecuada es implementar sistemas cerrados de enfriamiento que no utilicen agua del ambiente natural. El documento también incluye cálculos para determinar el caudal de agua y gas natural requerido para calentar el agua usada en el proceso de la planta.

1. Equipo:
Aguinaga Maya Veronica
Cruz Estrada David
Salgado Nava David
Profesor: Dr. Roberto Flores Velázquez
“Ingeniería Ambiental”
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS E INGENIERÍAS

2. RESUMEN
La contaminación térmica es una forma de residuo industrial que se define
como un cambio nocivo de la temperatura normal de las aguas receptoras
causado por el calor generado por actividades humanas.
Las principales causas son centrales termoeléctricas o nucleares que
producen energía , la eliminación de plantas y árboles de la costa de ríos y
lagos, el aumento de la temperatura en ríos, lagos y mares provoca la
proliferación de organismos patógenos como bacterias y parásitos.

3.  Actualmente todas las industrias de transformación, liberan al medio ambiente energía
calorífica, siendo de las mas importantes las metalúrgicas y las plantas generadoras de
energía eléctrica, siendo esta ultima la que mas contribuye a la contaminación térmica
de los ecosistemas acuáticos como lagunas costeras, ríos…etc.
 Debido a este tipo de contaminación térmica se presentaron tres alternativas para
tratar de solucionar la contaminación de un caso propuesto en territorio mexicano que
es la gasificadora de Hermosillo las propuestas fueron las siguientes.

4.  1) Construcción de sistemas cerrados de enfriamiento, que no utilicen
agua que sea luego volcada al ambiente natural.
 2) Proponer a las centrales nucleares que reutilicen esa misma agua,
dejándola enfriar
 3) Apoyo de tecnologías más limpias.
De estas tres opciones la mas adecuada es la primera opción con la que se
llevo a cabo un análisis teórico de como se llevaría a cabo esta propuesta
apoyándonos de balances de materia y energía , y de las misma información
recabada para dar un correcto planteamiento.

5. NORMATIVIDAD
NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-013-SECRE-2012, REQUISITOS DE
SEGURIDAD PARA EL DISEÑO, CONSTRUCCIÓN, OPERACIÓN Y
MANTENIMIENTO DE TERMINALES DE ALMACENAMIENTO DE GAS
NATURAL LICUADO QUE INCLUYEN SISTEMAS, EQUIPOS E
INSTALACIONES DE RECEPCIÓN, CONDUCCIÓN, VAPORIZACIÓN Y
ENTREGA DE GAS NATURAL.

6.  FUNCIONAMIENTO DE LA PLANTA
REGASIFICADORA

7. El gas natural se recibe en fase liquida (GNL)
desde las plantas de licuefacción en buques
metaneros. Los brazos de descarga aseguran
la descarga de combustible y han de permitir
seguir los movimientos de las mareas y del
barco Estos buques atracan en el muelle y
realizan la descarga mediante 3 brazos
específicos para líquidos criogénicos. El tercer
brazo es para retorno de vapor. Por razones
de seguridad se requiere que el punto de
descarga de los buques metaneros sea
alejado de la costa, es por esto que, es
necesaria la construcción de un muelle.

8. Tanque criogénico
El gas natural licuado se almacena en 2 tanques de 165,000 𝑚3
a una temperatura de -160ªC. La presión
en el interior de los tanques se controla con la gestión de los vapores que se producen en la evaporación
del gas natural (boil off). Debido a las temperaturas criogénicas en el interior, este debe ser recubierto
con acero con un 9% de Ni. Para aumentar la resistencia térmica se dispone de varios materiales aislantes
entre las paredes interiores y exteriores del tanque. Para a aislación de las paredes se utiliza perlita
expandida. Para la pared exterior se utiliza hormigón armado y pre-tensado.
Perlita expandida Hormigón

9. La presión en el interior de los
tanques se controla con la gestión de
los vapores que se producen en la
evaporación del Gas Natural (boil off).
Estos vapores se recuperan gracias a
la compresión de boil off que permiten
la reintroducción de aquellos en el
proceso una vez licuados.
Cuando por circunstancias de la
planta no es posible recuperar estos
vapores, se desvían a la antorcha,
donde se produce una combustión
controlada de los mismos.

10. Relicuador
En el relicuador se mezcla el
gas de “boil-off” (vapor) con el
GNL. Gracias a esta mezcla,
todo el “boil-off” se convierte en
líquido. Es una forma de
aprovechar el gas natural
almacenado al máximo.

11. Vaporizadores
El paso de liquido a gas se realiza en los vaporizadores de agua de mar. El gas natural licuado a -160 °C pasa por
los vaporizadores de agua de mar y se transforma en gas a 0 -10 °C. existe un vaporizador, denominado de
combustión sumergida, utilizado en periodos de mantenimiento de los anteriores o en épocas de demanda, en estos
el GNL es calentado y vaporizado por efecto de un quemador sumergido en agua que utiliza como combustible el
gas natural.
Vaporizador de agua de mar Vaporizador de combustión
sumergida

12. Medida y odorización
El gas natural procedente de los
vaporizadores se dirige a través de
un colector común a unos sistemas
de regulación, medida y odorización
y, finalmente, se introduce a la red
básica de gasoductos. La estación de
regulación, medición y odorizante,
procesan el gas para hacer posible la
detección rápida de fugas. Un
odorizante es una sustancia química
que se añade a gases para advertir
su presencia.

13. Diagrama de flujo de la planta

14. Planta regasificadora de Manzanillo

15.  Se propone utilizar calderas para calentar el agua que será descargada al mar. Para calentar el agua se
utilizará gas natural.
 Para saber cuanto gas natural necesitaremos para calentar el agua que se utiliza en el proceso se procede
a realizar los siguientes balances :

16. 𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ò𝑛 𝑑𝑒 𝑔𝑎𝑠 𝑛𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑙 𝑙𝑖𝑐𝑢𝑎𝑑𝑜: 833333.3333
𝑚3
𝑑𝑖𝑎
𝜌 𝑔𝑎𝑠 𝑛𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑙 𝑙𝑖𝑐𝑢𝑎𝑑𝑜 = 494.62
𝑘𝑔
𝑚3
Productividad=(500,000,000
𝑚3
𝑑𝑖𝑎
) 0.656
𝑘𝑔
𝑚3 = 328,000,000
𝑘𝑔
𝑑𝑖𝑎
Cálculo del caudal de agua de mar
𝑊𝑓 ∙ 𝐶𝑒𝑓.𝑙 ∙ 𝑇𝑒 − 𝑇𝑓,𝑙 + 𝑊𝑓 ∙ 𝜆 𝑓 + 𝑊𝑓 ∙ 𝐶𝑒𝑓,𝑔 ∙ 𝑇𝑓,2 − 𝑇𝑒 = 𝑊𝑐 ∙ 𝐶𝑒 𝑐 ∙ ∆𝑡 𝑐
Donde:
Wf: caudal másico del GNL (kg / día)
Cef,l: calor específico a presión constante del GNL
Cef,g: calor específico a presión constante del GN vaporizado
λf: calor latente de vaporización del GNL
Tf,1: Temperatura de entrada del GNL
Te: Temperatura de vaporización del GNL
Tf,2: Temperatura de salida del GN vaporizado
Wc: caudal de la masa de agua de mar (kg / día)
Cec: calor específico a presión constante del agua de mar =
0,932 kcal/ kg · ºC
𝑃𝑜𝑟 𝑙𝑜 𝑡𝑎𝑛𝑡𝑜 𝑙𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑔𝑎𝑠 𝑛𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑙 𝑒𝑠 𝑑𝑒 833333.3333
𝑚3
𝑑𝑖𝑎
∗ 600 = 500,000,000
𝑚3
𝑑𝑖𝑎
𝜌 𝑔𝑎𝑠 𝑛𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑙 = 0.656
𝑘𝑔
𝑚3

17. 328,000,000
𝐾𝑔
𝑑𝑖𝑎
∙ 0.98
𝐾𝑐𝑎𝑙
𝐾𝑔∙°𝐶
∙ [−50°𝐶 − −160°𝐶 ] + (328,000,000
𝐾𝑔
𝑑𝑖𝑎
) ∙ (121.6
𝑘𝑐𝑎𝑙
𝑘𝑔
) +
(328,000,000
𝐾𝑔
𝑑𝑖𝑎
) ∙ (0.597514
𝑘𝑐𝑎𝑙
𝑘𝑔∙°𝐶
) ∙ [10°𝐶 − (−50°𝐶)] = 𝑊𝑐 ∙ (0.932 kcal/kg·ºC) (22ºC-5ºC)
Despejando el caudal de la masa de agua de mar :
𝑊𝑐=5,491,181,237 kg/dia
𝑉 = (5,491,181,237 kg/dia)/(1027 kg/𝑚3
) = 5,346,817.173
𝑚3
𝑑𝑖𝑎
𝑄 = (5,491,181,237 kg)(0.932
𝑘𝐶𝑎𝑙
𝑘𝑔∙°𝐶
)(17°C – 5°C)= 6.1413× 1010
𝑘𝐶𝑎𝑙
Calor necesario para calentar el agua:

18. El flujo volumétrico necesario de Gas natural usado para calentar el agua:
6.1413× 1010 𝑘𝐶𝑎𝑙 = 𝑣 𝐺𝑁10,000
𝑘𝐶𝑎𝑙
𝑚3
𝑄 𝐴𝑔𝑢𝑎 = 𝑣 𝐺𝑁 𝑃𝐶
Despejando el volumen del Gas Natural:
𝑣 𝐺𝑁 = 6,141,300 𝑚3
/ día

19. Por otra parte, tenemos la ecuación de diseño de intercambiadores de calor de la cual obtendremos el
área de transferencia necesaria:
𝑸 = 𝑼 ∙ 𝑨 ∙ ∆𝑻
Utilizando la herramienta aspen HYSYS (versión 8.0), se realiza la simulación numérica del terminal de
regasificación apoyado con los cálculos y condiciones operacionales anteriormente mostrados, para
determinar el coeficiente global de transferencia de calor (U).
6.1413× 1010
𝑘𝐶𝑎𝑙 = 453998.4
𝑘𝐶𝑎𝑙
𝑚2 𝑑𝑖𝑎∙𝐾
𝑥 A x (773.15K)
U=22000 𝑊 = 18916.6
𝑘𝐶𝑎𝑙
𝑚2ℎ 𝐾
∙
24ℎ
1 𝑑𝑖𝑎
= 453998.4
𝑘𝐶𝑎𝑙
𝑚2 𝑑𝑖𝑎∙𝐾
Despejando A:
𝑨 = 𝟏𝟕𝟒. 𝟗𝟔𝟏𝟑 𝒎 𝟐.
Así, con la energía necesaria, podemos obtener una aproximación del área necesaria para la transferencia,
resultando:

20. Tomaremos en cuenta la instalación de 2 calderas. Es decir, se tendrán 1 caldera en funcionamiento y uno en
stand-by. De acuerdo a esto, cada caldera deberá tener un área de transferencia de ≈ 87.4806 𝑚2
para tener
la capacidad calculada anteriormente.
Costos:
Material: Acero inoxidable revestida en su interior de ladrillos refractarios para no permitir
fugas de calor.
Costo Real Costo Estimado Depreciation
$48,000,000 $43,000,000 30 años

21. • S/A. (2017). Contaminación térmica. 27 de febrero de 2017, de Inspiraction. Sitio web:
https://www.inspiraction.org/cambio-climatico/contaminacion/tipos-de-
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• Spiegel, Jerry & Maystre Lucien. (). Control de la contaminación ambiental. 27 de febrero de
2017, de insht.es. Sitio web:
http://www.insht.es/InshtWeb/Contenidos/Documentacion/TextosOnline/EnciclopediaOIT/tomo2/
55.pdf
Referencias