Barcos Gaseros o Metaneros

Un  metanero , o  gasero , es un buque dedicado al transporte de gas natural licuado, GNL, desde los países productores de gas natural a los países consumidores. Las características tecnológicas de estos barcos son muy sofisticadas, ya que el gas debe mantenerse a una temperatura de -160 °C para largos recorridos. Son barcos con una capacidad de carga de entre 100.000 y 266.000 m³.

En terminología marítima internacional se conocen como LNG ( Liquified Natural Gas ). Son buques construidos expresamente para este transporte y que no pueden dedicarse a otro tipo de carga. Los primeros se construían con la posibilidad de transportar también GLP, gas licuado del petróleo ante la incertidumbre del transporte de GNL.

Historia

Aunque hubo estudios anteriores el primer metanero fue el "Methane Pioneer", Este buque era originalmente un  carguero  tipo C1-M-AV1, construido dentro de los programas navales debidos a la Segunda Guerra Mundial del Gobierno de los Estados Unidos. Su nombre original era "Marline Hitch", pero se llamaba "Normarti" cuando fue seleccionado para estudiar la posibilidad del transporte marítimo de GNL.

Para estudiar esta posibilidad se constituyó un equipo en Lake Charles, en el estado de Misisipi (Estados Unidos). Este equipo diseñó y decidió montar tanques de aluminio, con madera de balsa como aislamiento. También decidió el resto del equipamiento. Una vez realizadas todas las pruebas en el  muelle  el barco salió de Lake Charles el 25 de enero de 1959 con destino a Canvey Island (Reino Unido) con sus tanques llenos de GNL, 5.000  m³ . Una cantidad muy pequeña para los estándares actuales pero que demostró que el transporte marítimo de GNL era posible.

Durante los siete viajes que realizó encontró todo tipo de tiempo, que le hizo dar grandes balances sin tener por ello problemas. Con ello quedó demostrada la posibilidad del transporte de GNL por mar.

Una vez finalizadas las pruebas se dedicó al transporte de GLP, ya que sus tanques habían sido construidos pensando también en esa posibilidad por ser demasiado pequeño para el transporte de GNL comercialmente. Solo bastantes años más tarde transportó unas pocas cargas más de GNL.

A partir de 1959 en Francia se iniciaron pruebas con varios tipos de tanque. Para ello se construyeron tres tanques diseñados por diferentes empresas. Se instalaron diferentes tipos de bombas y equipamiento en cada tanque, en un buque cedido por el Gobierno francés, el "Beauvais". Se realizaron intensivas pruebas de mar que han conducido a la preponderancia que la industria francesa ha conseguido desde entonces.

En 1964 entraron en servicio los dos primeros metaneros comerciales, el "Methane Progress" y el "Methane Princess", aunque por no estar seguros de la evolución del transporte de GNL se construyeron con la posibilidad de transportar GLP. Tenían 27.500 metros cúbicos de capacidad y han estado en servicio hasta 1986 y 1997, respectivamente.  ​ ​

En 1969 entraron en servicio los dos primeros buques con tanques de membrana, que siguen en activo con los nombres de "SFC Arctic" y "SCF Polar".

En 1973 entró en servicio el primer buque de tanques esféricos, el "Norman Lady", que sigue en activo con el mismo nombre. Tanto este como los anteriores eran de unos 75.000 metros cúbicos.

Poco después se empezaron a construir buques de 125.000 m³, que han sido el tamaño estándar hasta que hace pocos años pasaron a serlo los de 140.000 metros cúbicos. Recientemente se han empezado a construir barcos de hasta 260.000 metros cúbicos.

El primero, GT-96, consiste en dos membranas lisas de  Invar  de 0,6  mm  de espesor. Este material tiene prácticamente un coeficiente de dilatación térmica de 0. Entre las dos membranas y entre la segunda y el casco interior lleva cajas de aislamiento, rellenas de perlita.

Los otros dos, Mark III y CS1, son evoluciones más modernas de otros tipos. Tienen la membrana primaria corrugada, o sea que absorbe las  dilataciones  en el corrugado. La membrana secundaria es de otro material, llamado tríplex en el caso del Mark III. Son más baratos de construir que los GT-96, pero parece que han producido bastantes problemas por pérdidas en dicha membrana secundaria.

Aproximadamente el 60% de los buques de GNL actualmente en servicio cuentan con sistemas de contención de carga de tipo «membrana», destacando fácilmente de otros tipos de buque por la elevada cubierta sobre la cubierta principal, ya que debajo de ella van los tanques.

Hasta ahora al ser buques de precio elevado y contratados por un período largo para transportar cargas entre dos puntos muy determinados han sido muy bien mantenidos, presentando unos índices de seguridad excelentes. Al empezar a proliferar y haber bajado los fletes por haber muchos armadores pujando por contratos queda la duda de si podrán mantener ese mismo índice.

Tipos de Tanques en Buques Gaseros

Transporte

El GNL se transporta a presión ligeramente superior a la  atmosférica  en buques especialmente construidos para este fin. Para poder transportar el gas a estas presiones (unas 15 kPa como máximo) se lícua enfriándolo hasta aproximadamente -160 °C. Teóricamente debería estar al menos a -161 °C pero muchas terminales lo entregan a temperaturas sensiblemente superiores, entre -159,0 y -159,5 °C.

El sistema de contención de la carga está diseñado y construido utilizando materiales que soporten dichas temperaturas criogénicas. El  peso específico  del gas licuado varía dependiendo del puerto de carga ya que variarán los porcentajes de cada tipo de gas en el líquido. Está entre 430 y 460 kg/m³.

El GNL en los tanques de carga del buque se mantiene a la temperatura a la que se ha cargado (entre -159,5 y -161  °C ) a lo largo de toda la navegación, pero dependiendo de su temperatura una parte del líquido se evapora por ebullición. El gas evaporado se utiliza habitualmente para propulsar el buque, bien consumiéndolo en calderas o usándolo en motores duales.

La evaporación produce frío que ayuda a mantener la temperatura de la carga. En el caso de que se quiera enfriar algo, por haber cargado relativamente caliente, se puede forzar la evaporación, y por lo tanto el enfriamiento, extrayendo con un  compresor  los vapores de los tanques. Mediante este método se puede llegar a bajar la temperatura hasta aproximadamente -160,2  °C .

En los contratos de fletamento se estipula la cantidad máxima de gas que puede evaporarse diariamente debido al calentamiento producido a pesar de los buenos aislamientos. Para buques modernos suele estar entre 0,12% y 0,15% del volumen total de carga del barco.

Habitualmente al descargar se deja en los tanques una pequeña cantidad de la carga. Esta al ir evaporándose durante el viaje en  lastre  hasta el puerto de carga mantendrá los tanques fríos, siendo solamente necesario un corto enfriamiento final más intenso antes de cargar. Esto se logra con esa misma carga remanente, extrayéndola de los tanques, la cual al evaporarse los enfría a la temperatura requerida para la carga.

Uno de los temas más importantes que podemos tratar cuando hablamos de buques tanques son los sistemas de contención de la carga, estos sistemas varían en función de las características para las cuales se proyecta el buque, del producto destinado a transportar y de la inversión económica inicial de la naviera.

En este artículo nos centraremos en explicar los sistemas de contención de la carga de buques gaseros, para ello me centraré en la exposición de los distintos tipos de tanques más empleados actualmente, todos ellos reflejados en el Código Internacional para la construcción y el equipo de buques que transporten gases licuados a granel  (Código CIG)  emitido por la Organización Marítima Internacional  (OMI).

Este Código CIG identifica los siguientes 5 tipos de tanques:

1. Tanques Independientes («A», «B», «C» )
2. Tanques de Membrana (Technigaz/Gaz Transport)
3. Tanques de Semi-menbrana
4. Tanques Integrales o Estructurales (Convencionales)
5. Tanques e Aislamiento Interno

Nota*: Los sistemas más comunes o más empleados actualmente en buques gaseros son los tanques independientes y de membrana.

Tanques Independientes

Los tanques independientes son autoportantes y no forman parte de la estructura del casco ni contribuyen a su resistencia. Podemos distinguir 3 tipos de tanques independientes diferenciados por la presión de proyecto de cada uno y su forma.

Tipo B:

Los tanques tipo «B» o tipo Moss Rosenberg son fácilmente reconocibles por sus formas de esfera, en comparación con los tanques del tipo «A», los cálculos de diseño son más complejos y exactos, tienen en cuenta distintos tipos de esfuerzos como resistencia a fatiga o propagación de posibles fisuras mediante modelos a escala y sistemas analíticos.

Este diseño particular no necesita una barrera secundaria completa, con una barrera parcial que cubra el plano bajo cubierta es suficiente, esto se traduce en una reducción de coste notable. Como en los tanques tipo «A», el espacio inter-barrera deberá llenarse de gas inerte seco o aire seco en función de la inflamabilidad de la carga con la diferencia de que se podrá inertizar este espacio si se detectan fugas de vapores inflamables. En el plano superior de cubierta, un domo protector de acero cubre la barrera principal, entre la barrera principal y el domo se encuentran el aislamiento.

Tipo C  

Los tanques independientes tipo «C» son recipientes a presión de forma cilíndrica o esférica diseñadas para soportar presiones de vapor superiores a 2 bar. Estos tanques pueden montarse de forma vertical u horizontal en función del diseño.

Estos sistemas de contención son los empleados en buques gaseros semi-presurizados y totalmente presurizados, por lo que siguen las normas constructivas que se aplican a los recipientes a presión, esto implica un estudio de tensiones preciso para evitar sucesos poco deseables como puede ser una explosión.

En cuanto al diseño de los tanques, si los comparamos con otros tanques independientes como los tipo «A», los tipos «C» aprovechan de una manera muy pobre el espacio interior del casco, por ello se ha diseñado un modelo bilobular como se aprecia en la siguiente imagen en el lado izquierdo.

Tanques de Membrana

El sistema de membrana debe estar siempre apoyada de una barrera secundaria que asegure la integridad total del sistema, la barrera primaria está diseñada para compensar las dilataciones y contracciones térmicas y tensiones para evitar esfuerzos excesivos. En general los tanques de membranas no están diseñadas para soportar una presión de vapor superior a los 0.25 bar, pero si se modifican los escantillones del casco añadiendo un mayor número podría aumentarse la resistencia hasta una presión siempre por debajo de 0.7 bar. Estos sistemas se emplean para el transporte de LNG por el buen resultado de las membranas ante temperaturas criogénicas (-163º C).
El grosor de las capas de aislante es modificable según el diseño del buque, el volumen de carga y el tiempo de un viaje concreto para determinar la cantidad de boil-off producidos. Actualmente los buques LNG siguen tienden a aumentar su tamaño y a tomar rutas más largas, esto hace optar a los constructores a la instalación a bordo de una planta de relicuefacción a bordo.

Sistema «Gaz Transport» (Invar)

Este sistema es el más extendido en la construcción de tanques para buques gaseros LNG. Consta de dos membranas idénticas para la barrera primaria y secundaria. Estas capas están construidas de la siguiente manera:

Nota* :

• Invar : Aleación de acero con un 64% de Hierro, 36% de Niquel, 0.2% de carbono y algo de cromo, con un factor de contracción prácticamente nulo.

Sistema «Technigaz»

                                     «Technigaz» Esquema Estructural

 La barrera primaria está conformada de acero inoxidable con la superficie corrugada en forma de rejillas que permite la expansión y contracción, esta capa de acero corrugado descansa sobre paneles de madera de balsa laminada entre dos capas de madera contrachapada que actúan a modo de barrera secundaria. Los paneles de madera de balsa están inter-conectados con un diseño especial de juntas de espuma de PVC. Esta madera contrachapada está soportada directamente por el casco del buque.

Entre las capas de aislamiento se dispone una capa de espuma aislante con láminas de fibregass y aluminio que constituyen la segunda barrera, esta barrera es capaz de contener un derrame de la carga durante 15 días.

Sistema «Gaz Transport Technigaz» (GTT)

Como se ha mencionado en puntos anteriores, este sistema es una combinación o un híbrido entre los dos sistemas anteriores (Gaz Transport y Technigaz) con el objeto de combinar las ventajas de ambos.  El sistema GTT es conocido como el sistema «CS1»

Los principales sistemas combinados GTT son:

Estos sistemas emplean una barrera primaria de Invar que se apoya en paneles de aislamiento del tipo MK III incluyendo una barrera secundaria de membrana «triplex», en el espacio entre barreras se inyecta nitrógeno a baja presión, y entre la barrera secundaria y el casco, nitrógeno a alta presión.

Con el  sistema CS1 se consigue una reducción importante del espesor del aislante, lo que se traduce en un aumento de capacidad de carga de hasta 8.000m^3 por tanque y un ahorro estimado de un 15% en costes.

Nota*

• Triplex : Hoja de aluminio entre dos capas de fibra de vidrio.
• El primer buque con este sistema se boto en el año 2006

Sistema Korean Gas Corp (Kogas) (KC-1)

Estos sistemas emplean el concepto de la estabilidad de las membranas combinados con una barrera primaria y otra secundaria de chapa de acero inoxidable 304L de 2 mm, con una capa de 115Kg/m3 de espuma de poliuretano como aislante, este sistema incluye lo que definen como largas corrugaciones con extremos inclinados. El sistema KC-1 tiene como objetivo minimizar el efecto de deformación de la barrera primaria y en menor medida del casco.

Nota*

El primer buque en llevar este sistema fue botado en el año 2012.

Barrera Secundaria y Espacios de Bodega

Como se ha mencionado en puntos anteriores, cuando la temperatura de la carga a presión atmosférica sea inferior a -10ºC será necesario contar con una barrera secundaria destinada a contener temporalmente (hasta 15 días) toda fuga prevista de la carga líquida que pueda atravesar la barrera primaria.

En el caso de que la temperatura a presión atmosférica no sea inferior a -55ºC, la propia estructura del casco podrá actuar de barrera secundaria siempre y cuando cumpla los siguientes requerimientos:

• El material del que esté construido el casco sea el apropiado para soportar la temperatura de la carga a presión atmosférica.
• Las características de proyecto sean tales que la temperatura no origine esfuerzos para el casco.

En general, las barreras secundarias se disponen en función del tipo de tanque instalado, siendo prescindibles o de obligada instalación como se muestra en la siguiente tabla.

Para tanques que no respondan a los tipos básicos, la administración es la encargada de decidir en cada caso que prescripciones deberán tomar en cuanto a la barrera secundaria.

Propulsión

La propulsión de este tipo de barcos ha sido hasta hace muy poco tiempo mediante turbina de vapor exclusivamente. El gas evaporado de los tanques se consume en calderas que producen vapor. Este vapor mueve las turbinas principales, los turbogeneradores y proporciona energía y calefacción a todo el buque.

Este sistema permite consumir la cantidad que se desee de gas, manteniendo la presión en los tanques dentro de los valores correctos. Permitiendo, si fuese requerido, disminuir la temperatura de éstos, y por tanto la presión, forzando la evaporación de gas que será consumido en las calderas. Estas calderas pueden consumir al mismo tiempo también fueloil, que suplementa al gas hasta lograr la producción de vapor requerida.

Este sistema permite también consumir el gas que se evapora mientras el barco está en puerto, atracado o fondeado, y que no se necesita para el consumo del buque. En este caso el gas se quema también en las calderas y el vapor sobrante producido se manda directamente al condensador.

Hoy en día se están construyendo muchos buques con propulsión mediante motores duales o con motores lentos marinos convencionales.

En el caso de los motores duales pueden consumir gas o gasoil. El gas evaporado en los tanques se consume en estos motores de manera similar al caso de los buques de turbinas. Para conseguir consumir la cantidad adecuada de gas se combinan los motores consumiendo unos, gas y otros, gasoil. Cada motor solo puede consumir uno de estos combustibles en cada momento. No es posible el consumo simultáneo como en el caso de las calderas. Para poder realizar estas combinaciones estos buques tienen usualmente cuatro motores.

Los buques con motores lentos marinos convencionales tienen dos motores. Estos motores solamente pueden consumir combustibles líquidos, fueloil y dieseloil. Al no poder usar el gas evaporado para la propulsión están equipados con una planta de relicuefacción. Todo el gas evaporado se relicúa y se devuelve a los tanques.

Para el caso de que la planta falle llevan un incinerador de gas.

Gracias a los avances tecnológicos, cada vez se construyen buques más eficientes, capaces de reducir el efecto  boil-off  (GNL que se reconvierte en gas). Gracias a estos avances, esas cantidades mínimas de gas se reutilizan como combustible para el buque, y el resto es nuevamente convertido a GNL.

Tratamiento de agua de lastre en un buque gasero

Medida de caudal en sistemas de neutralización de la descarga de agua de lastre

Una consecuencia importante del comercio mundial es el transporte transoceánico de hasta 12 mil millones de toneladas por año de agua de lastre. El agua de lastre es importante para mantener la estabilidad, el asiento y la integridad estructural de los grandes buques marinos. Sin embargo, la carga y posterior descarga de agua de lastre puede potencialmente transferir especies acuáticas invasoras de un océano a otro, afectando negativamente a los ecosistemas locales y la biodiversidad. Las reglamentaciones de la Guarda Costera de Estados Unidos (USCG) y el Convenio sobre la gestión del agua de lastre de la OMI exigen que los buques implementen un plan de gestión del agua de lastre para asegurar la neutralización de los organismos presentes en la misma. Aunque es posible la conexión a soluciones en el puerto para el tratamiento del agua de lastre, es más frecuente que los buques instalen sus propios sistemas fijos a bordo.