Vaporizadores atmosféricos

Las unidades de tiro natural se basan en la convección libre del aire ambiente sobre perfiles extruidos de aluminio aleteados, sin ventiladores, sin alimentación eléctrica y sin partes móviles. Las unidades de tiro forzado añaden ventiladores para elevar el coeficiente de transferencia de calor del lado aire, de modo que la misma potencia se obtiene con menor superficie ocupada o se mantiene a una temperatura ambiente más baja. El tiro natural se adapta en general al servicio intermitente en emplazamientos con superficie disponible, mientras que el tiro forzado encaja con caudales continuos elevados, superficie restringida o climas fríos. La selección se revisa frente al caudal, la temperatura ambiente de diseño y el ciclo de trabajo.

El dimensionamiento parte del caudal de gas requerido en Nm³/h, el medio (LIN, LOX, LAR, CO₂, GNL o GLP), la presión de entrada, la temperatura de salida requerida y la temperatura ambiente de diseño del emplazamiento. El ciclo de trabajo pesa tanto como el caudal punta: durante la operación continua se forma hielo en la superficie aleteada y se reduce la transferencia de calor efectiva, por lo que se aplica un factor de reducción sobre la potencia con superficie limpia. La humedad relativa, la exposición al viento y la separación entre unidades también influyen en la potencia alcanzable. Los vaporizadores se dimensionan con estos valores de proyecto y no con una cifra nominal de catálogo.

El principio de transferencia de calor es el mismo, pero cada unidad se configura para un medio definido. La presión de diseño, la selección de materiales, los requisitos de limpieza y los detalles de conexión difieren entre servicios, y el servicio con oxígeno exige en particular limpieza para servicio de oxígeno y una compatibilidad de materiales que no se aplica a las unidades de nitrógeno o de GLP. Cuando un emplazamiento maneja varios medios, lo habitual es disponer unidades independientes y dedicadas.

La capacidad disminuye al bajar la temperatura ambiente, porque la potencia depende de la diferencia de temperatura entre el aire y el fluido de proceso. La escarcha y el hielo sobre las aletas añaden resistencia térmica y reducen aún más la salida, y una humedad relativa alta acelera esa acumulación. Las aplicaciones en clima frío se abordan seleccionando una temperatura ambiente de diseño más baja, aumentando la superficie de transferencia, añadiendo tiro forzado o disponiendo bancos en servicio y en reserva con conmutación y periodos de desescarche.

Un banco con colector son dos o más vaporizadores conectados mediante una disposición de conmutación, de modo que un conjunto está en servicio mientras el otro se desescarcha. Se necesita cuando el ciclo de trabajo es continuo, o suficientemente largo como para que la formación de hielo reduzca la salida por debajo del caudal requerido antes de que termine la demanda. La conmutación puede ser temporizada o activarse por la temperatura del gas de salida. El número de unidades y el intervalo de conmutación se derivan del caudal, la temperatura ambiente de diseño y la humedad.

Los vaporizadores atmosféricos pueden cubrir demanda continua, pero no como una única unidad funcionando de forma indefinida, ya que la formación de hielo impone un límite práctico al tiempo de funcionamiento. El servicio continuo se cubre normalmente con bancos en servicio y en reserva con ciclos de desescarche, o con unidades de tiro forzado cuando la superficie es limitada. Cuando el caudal es muy alto o las condiciones ambientales son desfavorables, la vaporización con baño de agua o calentada con vapor puede ser la tecnología más apropiada, y esa comparación se realiza caso por caso.

El vaporizador se conecta a la línea de extracción de líquido del tanque de almacenamiento, normalmente mediante tubería con aislamiento al vacío o de otro tipo para limitar la ganancia de calor y el flujo bifásico. El dimensionamiento de la línea tiene en cuenta el caudal de diseño y la pérdida de carga admisible, con disposiciones de aislamiento y alivio conforme al código de tubería aplicable. Aguas abajo son habituales un regulador de presión o un circuito de aumento de presión y la vigilancia de la temperatura de salida. La disposición exacta responde al P&ID acordado para la instalación.