Un cilindro de gas es un recipiente a presión para el almacenamiento y contención de gases por encima de la presión atmosférica . Los cilindros de gas de alta presión también se denominan botellas . Dentro del cilindro, el contenido almacenado puede estar en un estado de gas comprimido, vapor sobre líquido, fluido supercrítico o disuelto en un material de sustrato, dependiendo de las características físicas del contenido. Un diseño típico de cilindro de gas es alargado, de pie sobre un extremo inferior aplanado, con la válvula y el accesorio en la parte superior para conectarse al aparato receptor.
El término cilindro en este contexto no debe confundirse con tanque , este último es un contenedor abierto o ventilado que almacena líquidos por gravedad, aunque el término tanque de buceo se usa comúnmente para referirse a un cilindro usado para respirar el suministro de gas a un Aparato de respiración subacuático.
Nomenclatura
En los Estados Unidos, "gas envasado" se refiere típicamente al gas de petróleo licuado . El "gas envasado" se usa a veces en suministros médicos, especialmente para tanques de oxígeno portátiles . Los gases industriales envasados se denominan con frecuencia "gas en botella", aunque a veces se utiliza "gas envasado".
El Reino Unido y otras partes de Europa se refieren más comúnmente al "gas envasado" cuando se habla de cualquier uso, ya sea industrial, médico o de petróleo licuado. Por el contrario, lo que se llama gas licuado de petróleo en los Estados Unidos se conoce genéricamente en el Reino Unido como "GLP" y se puede pedir usando uno de varios nombres comerciales , o específicamente como butano o propano , dependiendo de la producción de calor requerida. .
Materiales
Los códigos de diseño y las normas de aplicación y el costo de los materiales dictaban la elección del acero sin soldaduras para la mayoría de los cilindros de gas; el acero está tratado para resistir la corrosión . Algunos cilindros de gas livianos recientemente desarrollados están hechos de acero inoxidable y materiales compuestos. Debido a la muy alta resistencia a la tracción del polímero reforzado con fibra de carbono , estos recipientes pueden ser muy ligeros, pero son más difíciles de fabricar. [1]
Los cilindros reforzados o construidos con un material de fibra generalmente deben inspeccionarse con más frecuencia que los cilindros de metal, por ejemplo , cada 5 en lugar de 10 años, y deben inspeccionarse más a fondo que los cilindros de metal. Pueden tener una vida útil limitada. [ cita requerida ]
El intervalo de inspección de los cilindros de acero ha aumentado de 5 o 6 años a 10 años. [ cita requerida ] Los cilindros de buceo que se utilizan en el agua deben inspeccionarse con más frecuencia. Cuando se descubrió que tenían problemas estructurales inherentes, se retiraron del servicio ciertos aceros y aleaciones de aluminio. [ cita requerida ]
Los cilindros compuestos de fibra se especificaron originalmente para una vida útil limitada de 15, 20 o 30 años, mientras que los cilindros de acero en la actualidad se retiran típicamente después de 70 años, o pueden continuar usándose indefinidamente siempre que pasen inspecciones y pruebas periódicas. [ cita requerida ] Desde hace algunos años existen cilindros compuestos que están nominados para una vida útil no limitada (NLL), siempre que no se vean daños.
Tipos
Dado que se utilizaron materiales compuestos de fibra de vidrio para reforzar los cilindros, existen varios tipos de construcción de recipientes de alta presión: [ cita requerida ] [ aclaración necesaria ]
- Solo metal . Principalmente metal forjado sin costuras. Pero para presiones de trabajo más bajas, por ejemplo , butano licuado, también hay recipientes de acero soldados.
- Recipiente de metal, aro envuelto con un compuesto de fibra solo alrededor de la parte cilíndrica del "cilindro". (Geométricamente, se necesita el doble de resistencia a la tracción en la región cilíndrica en comparación con las tapas esféricas del cilindro).
- Revestimiento de metal delgado (que mantiene el recipiente hermético, pero no contribuye a la presión de trabajo) completamente envuelto con fibra en el material de la matriz.
- Revestimiento sin metal de plástico, completamente envuelto con material de fibra. El saliente, el centro de la (s) cabeza (s) del cilindro aún es de metal e incluye la rosca para la válvula.
Los recipientes a presión para almacenamiento de gas también pueden clasificarse por volumen. En Sudáfrica, un cilindro de almacenamiento de gas implica un contenedor transportable recargable con una capacidad de agua de hasta 150 litros. Los contenedores cilíndricos transportables recargables de 150 a 3000 litros de capacidad de agua se denominan tubos. [2]
Regulaciones y pruebas
El transporte de cilindros de alta presión está regulado por muchos gobiernos de todo el mundo. Por lo general, la autoridad gobernante exige varios niveles de pruebas para el país en el que se va a transportar. En los Estados Unidos, esta autoridad es el Departamento de Transporte de los Estados Unidos (DOT). De manera similar, en el Reino Unido, el Departamento de Transporte (DfT) implementa las regulaciones europeas de transporte (ADR). Para Canadá, esta autoridad es Transport Canada (TC). Los cilindros pueden tener requisitos adicionales de diseño o rendimiento de agencias de prueba independientes como Underwriters Laboratories (UL). Cada fabricante de cilindros de alta presión debe tener un agente de calidad independiente que inspeccionará la calidad y seguridad del producto.
Dentro del Reino Unido, la " autoridad competente " - el Departamento de Transporte (DfT) - implementa las regulaciones y el nombramiento de probadores de cilindros autorizados es realizado por el Servicio de Acreditación del Reino Unido (UKAS), que hace recomendaciones a la Agencia de Certificación de Vehículos (VCA) para su aprobación. de cuerpos individuales.
Hay una variedad de pruebas que se pueden realizar en varios cilindros. Algunos de los tipos de pruebas más comunes son la prueba hidrostática , la prueba de rotura, la resistencia máxima a la tracción , la prueba de impacto Charpy y el ciclo de presión.
Durante el proceso de fabricación, la información vital suele estar estampada o marcada de forma permanente en el cilindro. Esta información generalmente incluye el tipo de cilindro, la presión de trabajo o de servicio, el número de serie, la fecha de fabricación, el código registrado del fabricante y, a veces, la presión de prueba. También se puede sellar otra información, dependiendo de los requisitos reglamentarios.
Los cilindros de alta presión que se usan varias veces, como la mayoría, pueden probarse hidrostáticamente o ultrasónicamente y examinarse visualmente cada pocos años. [3] En los Estados Unidos, se requieren pruebas hidrostáticas / ultrasónicas cada cinco años o cada diez años, según el cilindro y su servicio.
Conexiones de válvulas
Los cilindros de gas generalmente tienen una válvula de ángulo de cierre en el extremo superior. Durante el almacenamiento, transporte y manipulación cuando el gas no está en uso, se puede enroscar una tapa sobre la válvula que sobresale para protegerla de daños o roturas en caso de que el cilindro se caiga. En lugar de una tapa, los cilindros suelen tener un collar protector o un anillo de cuello alrededor del conjunto de la válvula de servicio.
Cuando el gas del cilindro se va a utilizar a baja presión, se quita la tapa y se conecta un conjunto regulador de presión a la válvula de cierre. Este accesorio normalmente tiene un regulador de presión con manómetros de aguas arriba (entrada) y aguas abajo (salida) y una válvula de aguja y una conexión de salida adicionales aguas abajo . Para los gases que permanecen gaseosos en condiciones ambientales de almacenamiento, el manómetro de aguas arriba se puede utilizar para estimar la cantidad de gas que queda en el cilindro de acuerdo con la presión. Para los gases líquidos almacenados, por ejemplo, propano, la presión de salida depende de la presión de vapor del gas y no cae hasta que el cilindro está casi agotado, aunque variará según la temperatura del contenido del cilindro. El regulador se ajusta para controlar la presión aguas abajo, lo que limitará el flujo máximo de gas fuera del cilindro a la presión que muestra el manómetro aguas abajo. La conexión de salida se adjunta a lo que necesite el suministro de gas. Para algunos propósitos, como gas protector para soldadura por arco, el regulador también tendrá un medidor de flujo en el lado de aguas abajo.
Las válvulas de los cilindros industriales, médicos y de buceo suelen ser de diferentes tamaños y tipos, al igual que las válvulas para diferentes categorías de gases, lo que dificulta el uso indebido de un gas por error. Por ejemplo, un cilindro de hidrógeno no encaja en una línea de suministro de oxígeno, lo que terminaría en una falla catastrófica. Algunos accesorios usan un hilo a la derecha, mientras que otros usan un hilo a la izquierda ; Los racores roscados izquierdos suelen identificarse por muescas o ranuras cortadas en ellos.
En los Estados Unidos, las conexiones de válvulas a veces se denominan "conexiones CGA", ya que la Asociación de Gas Comprimido (CGA) publica pautas sobre qué conexiones usar para qué productos; por ejemplo, en los Estados Unidos, un cilindro de argón tendrá una conexión CGA 580 en la válvula.
Los gases de alta pureza a veces utilizan conexiones CGA-DISS ("Sistema de seguridad de índice de diámetro").
Los gases médicos pueden utilizar el sistema de seguridad de índice de clavijas para evitar una conexión incorrecta de los gases a los servicios.
En la Unión Europea, las conexiones DIN son más comunes que en los Estados Unidos.
En el Reino Unido, la British Standards Institution establece los estándares. Entre las normas se incluye el uso de válvulas roscadas a la izquierda para cilindros de gas inflamable (más comúnmente válvulas de latón, BS4, para contenido de cilindro no corrosivo o acero inoxidable, BS15, válvulas para contenido corrosivo). Los cilindros de gas no inflamable están equipados con válvulas roscadas a la derecha (más comúnmente de latón, BS3, válvulas para componentes no corrosivos o acero inoxidable, BS14, válvulas para componentes corrosivos). [4]
Tipo de gas | Salida de válvula CGA (EE. UU.) | Salida de válvula BS (Reino Unido) [4] |
---|---|---|
Acetileno | 510 | 2, 4 |
Aire, respirando | 346, 347 | 3 |
Aire, industrial | 590 | 3 |
Argón | 580, 718, 680 (3500 psi), 677 (6000 psi) | 3 |
Butano | 510 | 4 |
Dióxido de carbono | 320, 716 | 8 |
Monóxido de carbono | 350, 724 | 4 |
Cloro | 660, 728 | 6 |
Helio | 580, 718, 680 (3500 psi) | 3 |
Hidrógeno | 350, 724, 695 (3500 psi) | 4 |
Metano | 350 | 4 |
Neón | 580, 718 | 3 |
Nitrógeno | 580, 718, 680 (3500 psi), 677 (6000 psi) | 3 |
Óxido nitroso | 326, 712 | 13 |
Oxígeno | 540, 714 | 3 |
Mezclas de oxígeno (> 23,5%) | 296 | Se aplican otras guías |
Propano | 510 | 4 |
Xenón | 580, 718 | 3 |
Seguridad y normas
Debido a que el contenido está bajo presión y, a veces, son materiales peligrosos , la manipulación de gases embotellados está regulada. Las regulaciones pueden incluir encadenar botellas para evitar que se caigan y dañar la válvula, ventilación adecuada para evitar lesiones o la muerte en caso de fugas y señalización para indicar los peligros potenciales Si un cilindro de gas comprimido se vuelca y hace que el bloque de la válvula se rompa, el rápido La liberación de gas a alta presión puede hacer que el cilindro se acelere violentamente, lo que podría causar daños a la propiedad, lesiones o la muerte. Para evitar esto, los cilindros normalmente se aseguran a un objeto fijo o carro de transporte con una correa o cadena.
En un incendio, la presión en un cilindro de gas aumenta en proporción directa a su temperatura . Si la presión interna excede las limitaciones mecánicas del cilindro y no hay medios para ventilar con seguridad el gas presurizado a la atmósfera, el recipiente fallará mecánicamente. Si el contenido del recipiente es inflamable, este evento puede resultar en una "bola de fuego". [5] Los oxidantes como el oxígeno y el flúor producirán un efecto similar al acelerar la combustión en el área afectada. Si el contenido del cilindro es líquido, pero se convierte en gas en condiciones ambientales, esto se denomina comúnmente explosión de vapor en expansión de líquido en ebullición (BLEVE).
Los cilindros de gas médico en el Reino Unido y algunos otros países tienen un tapón fusible de metal de Wood en el bloque de válvulas entre el asiento de la válvula y el cilindro. [ cita requerida ] Este tapón se derrite a una temperatura comparativamente baja (70 ° C) y permite que el contenido del cilindro escape a los alrededores antes de que el cilindro se debilite significativamente por el calor, disminuyendo el riesgo de explosión.
Los dispositivos de alivio de presión más comunes son un simple disco de ruptura instalado en la base de la válvula entre el cilindro y el asiento de la válvula. Un disco de ruptura es una pequeña junta de metal diseñada para romperse a una presión predeterminada. Algunos discos de ruptura están respaldados con un metal de bajo punto de fusión, por lo que la válvula debe exponerse a un calor excesivo antes de que el disco de ruptura pueda romperse. [ cita requerida ]
La Asociación de Gas Comprimido publica una serie de folletos y panfletos sobre el manejo y uso seguro de gases envasados.
Estándares nacionales e internacionales
Existe una amplia gama de normas relacionadas con la fabricación, uso y prueba de cilindros de gas presurizado y componentes relacionados. Aquí se enumeran algunos ejemplos.
- ISO 11439 : Cilindros de gas - Cilindros de alta presión para el almacenamiento a bordo de gas natural como combustible para vehículos automóviles [6]
- ISO 15500-5: Vehículos de carretera. Componentes del sistema de combustible de gas natural comprimido (GNC). Parte 5: Válvula de cilindro manual [7] [8]
- US DOT 3/4/8 ???: e-CFR (Código electrónico de regulaciones federales) Título 49, parte 178, Subparte C - Especificación para cilindros [9]
- Enmienda de la aleación 6351-T6 del tanque de aluminio del Departamento de Transporte de los EE .
- AS 2896-2011: Sistemas de gas médico: instalación y prueba de sistemas de tuberías de sistemas de tuberías de gas médico no inflamables (normas australianas).
Código de colores
Los cilindros de gas a menudo están codificados por colores , pero los códigos no son estándar en las diferentes jurisdicciones y, a veces, no están regulados. El color del cilindro no se puede utilizar de forma segura para la identificación positiva del producto; Los cilindros tienen etiquetas para identificar el gas que contienen.
Tamaños de cilindros comunes
En el buceo , los Estados Unidos miden el volumen del cilindro por la cantidad de aire libre (de presión estándar de aproximadamente 1 bar) que se puede comprimir en el cilindro; Europa y la mayor parte del resto del mundo miden el volumen del cilindro como el volumen interno (= capacidad de agua) y especifica la presión de trabajo del cilindro: por ejemplo, Estados Unidos 19 pies cúbicos = Internacional 3 litros a 180 bar .
Los siguientes son ejemplos de tamaños de cilindros y no constituyen un estándar de la industria.
Cyl. Talla | Diámetro × altura, incluidas 5,5 pulgadas para válvula y tapa (pulgadas) | Peso de tara nominal, que incluye 4.5 lb para válvula y tapa (lb) | Capacidad de agua (lb) | Volumen interno, 70 ° F (21 ° C), 1 atm | Especificaciones del DOT de EE. UU. | |
---|---|---|---|---|---|---|
(litros) | (pies cúbicos ) | |||||
2HP | 9 por 51 pulgadas (230 mm × 1300 mm) | 187 libras (85 kg) | 43,3 | 1,53 | 3AA3500 | |
K | 9,25 por 60 pulgadas (235 mm × 1524 mm) | 135 libras (61 kg) | 110 | 49,9 | 1,76 | 3AA2400 |
A | 9 por 51 pulgadas (230 mm × 1300 mm) | 115 libras (52 kg) | 96 | 43,8 | 1,55 | 3AA2015 |
B | 8,5 por 31 pulgadas (220 mm × 790 mm) | 60 libras (27 kg) | 37,9 | 17.2 | 0,61 | 3AA2015 |
C | 6 por 24 pulgadas (150 mm × 610 mm) | 27 libras (12 kg) | 15,2 | 6,88 | 0,24 | 3AA2015 |
D | 4 por 18 pulgadas (100 mm × 460 mm) | 12 libras (5,4 kg) | 4.9 | 2,24 | 0,08 | 3AA2015 |
Alabama | 8 por 53 pulgadas (200 mm × 1350 mm) | 52 libras (24 kg) | 64,8 | 29,5 | 1.04 | 3AL2015 |
licenciado en Derecho | 7,25 por 39 pulgadas (184 mm × 991 mm) | 33 libras (15 kg) | 34,6 | 15,7 | 0,55 | 3AL2216 |
CL | 6,9 por 21 pulgadas (180 mm × 530 mm) | 19 libras (8,6 kg) | 13 | 5.9 | 0,21 | 3AL2216 |
SG | 14,5 por 50 pulgadas (370 mm × 1270 mm) | 75 libras (34 kg) | 238 | 108 | 3,83 | 4BA240 |
SSB | 8 por 37 pulgadas (200 mm × 940 mm) | 95 libras (43 kg) | 41,6 | 18,9 | 0,67 | 3A1800 |
10S | 4 por 31 pulgadas (100 mm × 790 mm) | 21 libras (9,5 kg) | 8.3 | 3.8 | 0,13 | 3A1800 |
LB | 2 por 15 pulgadas (51 mm × 381 mm) | 4 libras (1.8 kg) | 1 | 0,44 | 0,016 | 3E1800 |
XF | 12 por 46 pulgadas (300 mm × 1,170 mm) | 180 libras (82 kg) | 60,9 | 2.15 | 8AL | |
XG | 15 por 56 pulgadas (380 mm × 1420 mm) | 149 libras (68 kg) | 278 | 126,3 | 4.46 | 4AA480 |
XM | 10 por 49 pulgadas (250 mm × 1240 mm) | 90 libras (41 kg) | 120 | 54,3 | 1,92 | 3A480 |
XP | 10 por 55 pulgadas (250 mm × 1400 mm) | 55 libras (25 kg) | 124 | 55,7 | 1,98 | 4BA300 |
QT | 3 por 14 pulgadas (76 mm × 356 mm) (incluye 4.5 pulgadas para la válvula) | 2,5 libras (1,1 kg) (incluye 1,5 libras para la válvula) | 2.0 | 0.900 | 0.0318 | 4B-240ET |
LP5 | 12,25 por 18,25 pulgadas (311 mm × 464 mm) | 18,5 libras (8,4 kg) | 47,7 | 21,68 | 0,76 | 4BW240 |
Médico E | 4 por 26 pulgadas (100 mm × 660 mm) (excluye la válvula y la tapa) | 14 libras (6,4 kg) (excluye la válvula y la tapa) | 4.5 | 0,16 | 3AA2015 |
Tubos de almacenamiento de gas
Para volúmenes más grandes , se encuentran disponibles unidades de almacenamiento de gas a alta presión, conocidas como tubos . Por lo general, tienen un diámetro y una longitud mayores que los cilindros de alta presión y, por lo general, tienen un cuello roscado en ambos extremos. Pueden montarse solos o en grupos sobre remolques, bases permanentes o bastidores de transporte intermodal . Por su longitud, se montan horizontalmente sobre estructuras móviles. En el uso general, a menudo se combinan y se gestionan como una unidad.
Bancos de almacenamiento de gas
Los grupos de cilindros de tamaño similar pueden montarse juntos y conectarse a un sistema de colector común para proporcionar una mayor capacidad de almacenamiento que un solo cilindro estándar. Esto se denomina comúnmente banco de cilindros o banco de almacenamiento de gas. El colector puede estar dispuesto para permitir el flujo simultáneo de todos los cilindros o, para un sistema de llenado en cascada , donde el gas se extrae de los cilindros de acuerdo con la diferencia de presión positiva más baja entre el cilindro de almacenamiento y el de destino, siendo un uso más eficiente del gas presurizado.
Quads de almacenamiento de gas
Un quad de gas es un grupo de cilindros de alta presión montados en un marco de transporte y almacenamiento. Por lo general, hay 16 cilindros, cada uno de aproximadamente 50 litros de capacidad, montados en posición vertical en cuatro filas de cuatro, sobre una base cuadrada con un marco plano cuadrado con puntos de elevación en la parte superior y pueden tener ranuras para montacargas en la base. Los cilindros suelen estar interconectados como un colector para su uso como una unidad, pero son posibles muchas variaciones en el diseño y la estructura.
Ver también
- Gas envasado : sustancias que son gaseosas a temperatura y presión estándar y que han sido comprimidas y almacenadas en cilindros de gas.
- Recipiente a presión : recipiente diseñado para contener gases o líquidos a una presión sustancialmente diferente de la presión ambiental.
- Polímero reforzado con fibra de carbono
- Recipiente de presión envuelto en material compuesto : recipiente que consta de un revestimiento delgado y no estructural envuelto con un compuesto de fibra estructural, diseñado para contener un fluido bajo presión.
- Carrusel de llenado - Dispositivo para llenar cilindros de gas licuado de petróleo
- Gas industrial : materiales gaseosos producidos para su uso en la industria.
- Tanque de almacenamiento - Recipiente para líquidos o gas comprimido
- Recomendaciones de la ONU sobre el transporte de mercancías peligrosas : recomendaciones de buenas prácticas en el transporte de mercancías peligrosas por todos los modos de transporte, excepto por graneleros
Referencias
- ^ Consulte Recipiente a presión envuelto en material compuesto para obtener más detalles.
- ^ Norma nacional sudafricana SANS 10019: 2008 Contenedores transportables para gases comprimidos, disueltos y licuados - Diseño básico, fabricación, uso y mantenimiento (6ª ed.). Pretoria, Sudáfrica: Normas de Sudáfrica. 2008. ISBN 978-0-626-19228-0.
- ^ Henderson, Carolina del Norte; Berry, WE; Eiber, RJ; Frink, DW (1970). "Investigación de la corrosión del cilindro de buceo, Fase 1" . Informe técnico número 1 del Centro Nacional de Datos de Accidentes Subacuáticos . Universidad de Rhode Island . Consultado el 11 de enero de 2016 .
- ^ a b BS 341-3: 2002, British Standards Institution, 389 Chiswick High Road, Londres, W4 4AL.
- ^ "Perspectivas de incidentes: confíe pero verifique" . Red de alerta de buzos .
- ^ "ISO 11439: 2000 - Cilindros de gas - Cilindros de alta presión para el almacenamiento a bordo de gas natural como combustible para vehículos automotores" .
- ^ "ISO 15500-5: 2001 - Vehículos de carretera. Componentes del sistema de combustible de gas natural comprimido (GNC). Parte 5: Válvula de cilindro manual" .
- ^ "Válvula de cilindro de GNC ISO 15500 -" .
- ^ US DOT e-CFR (Código electrónico de regulaciones federales) Título 49, parte 178, Subparte C - Especificación para cilindros - por ejemplo, DOT 3AL = aluminio sin costura
- ^ Registro federal / Vol. 71, No. 167 / Martes, 29 de agosto de 2006 / Reglas y regulaciones Título 49 CFR Partes 173 y 180 Visual Edddy
enlaces externos
- NASA - Normas de seguridad para el manejo de oxígeno y oxígeno