Un cilindro de gas es un recipiente a presión para el almacenamiento y contención de gases a una presión superior a la atmosférica . Los cilindros de gas de alta presión también se llaman botellas . Dentro del cilindro, el contenido almacenado puede estar en 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, erguido sobre un extremo inferior aplanado, con la válvula y el conector en la parte superior para conectarse al aparato receptor.
El término cilindro en este contexto no debe confundirse con tanque , siendo este último un contenedor abierto o ventilado que almacena líquidos por gravedad, aunque el término tanque de buceo se usa comúnmente para referirse a un cilindro utilizado para suministrar gas respirable a un aparato de respiración subacuático.
En los Estados Unidos, "gas embotellado" generalmente se refiere al gas licuado de petróleo . El "gas embotellado" se utiliza a veces en suministros médicos, especialmente para tanques de oxígeno portátiles . Los gases industriales envasados se denominan con frecuencia "gas en cilindro", aunque a veces se utiliza "gas embotellado". El término tanque de propano también se utiliza para cilindros con propano.
El Reino Unido y otras partes de Europa se refieren más comúnmente al "gas embotellado" cuando se habla de cualquier uso, ya sea industrial, médico o petróleo licuado. En cambio, lo que en Estados Unidos se denomina gas licuado de petróleo se conoce genéricamente en el Reino Unido como "GLP" y se puede pedir utilizando uno de varios nombres comerciales , o específicamente como butano o propano , dependiendo de la producción de calor requerida. . [ cita necesaria ]
Los códigos de diseño y las normas de aplicación y el costo de los materiales dictaron 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 livianos, 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 metálicos, por ejemplo , cada 5 años en lugar de 10, y deben inspeccionarse más minuciosamente que los cilindros metálicos. Es posible que tengan una vida útil limitada. [ cita necesaria ]
El intervalo de inspección de los cilindros de acero ha aumentado de 5 o 6 años a 10 años. [ cita necesaria ] Los cilindros de buceo que se utilizan en el agua deben inspeccionarse con más frecuencia. Cuando se descubrió que tenían problemas estructurales inherentes, ciertas aleaciones de acero y aluminio fueron retiradas del servicio. [ cita necesaria ]
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 hoy en día generalmente se retiran después de 70 años, o pueden continuar utilizándose indefinidamente siempre que pasen inspecciones y pruebas periódicas. [ cita necesaria ] Desde hace algunos años [ aclaración necesaria ] existen cilindros compuestos que están nominados para una vida útil no limitada (NLL), siempre que no se observen daños. [ cita necesaria ]
Dado que se han utilizado materiales compuestos de fibra para reforzar los cilindros, existen varios tipos de construcción de recipientes de alta presión: [ cita necesaria ]
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 recargables y transportables con una capacidad de 150 a 3.000 litros de agua se denominan tubos. [2]
El transporte de cilindros de alta presión está regulado por muchos gobiernos de todo el mundo. Por lo general, la autoridad gubernamental del país al que se va a transportar exige varios niveles de pruebas. En Estados Unidos, esta autoridad es el Departamento de Transporte de Estados Unidos (DOT). De manera similar, en el Reino Unido, el Departamento de Transporte (DfT) implementa las normas europeas de transporte (ADR). Para Canadá, esta autoridad es Transport Canada (TC). Los cilindros pueden tener requisitos adicionales de diseño o rendimiento por parte de agencias de pruebas 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 la designación de los probadores de cilindros autorizados la lleva a cabo 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 estallido, la resistencia máxima a la tracción , la prueba de impacto Charpy y los ciclos de presión.
Durante el proceso de fabricación, la información vital suele estar estampada o marcada permanentemente en el cilindro. Esta información generalmente incluye el tipo de cilindro, la presión de trabajo o 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, según los requisitos reglamentarios.
Los cilindros de alta presión que se utilizan varias veces (como la mayoría) pueden probarse hidrostáticamente o ultrasónicamente y examinarse visualmente cada pocos años. [3] En los Estados Unidos, las pruebas hidrostáticas/ultrasónicas se requieren cada cinco años o cada diez años, dependiendo del cilindro y su servicio.
Los cilindros de gas generalmente tienen una válvula de cierre en ángulo en un extremo y el cilindro generalmente está orientado de manera que la válvula quede en la parte 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 contra daños o roturas en caso de que el cilindro se caiga. En lugar de una tapa, los cilindros a veces tienen un collar protector o un anillo de cuello alrededor del conjunto de la válvula.
Las válvulas de los cilindros industriales, médicos y de buceo suelen tener roscas o geometrías de conexión de diferentes direcciones, tamaños y tipos que dependen de la categoría del gas, lo que dificulta el uso indebido de un gas por error. Por ejemplo, la salida de la válvula de un cilindro de hidrógeno no se adapta a un regulador de oxígeno ni a una línea de suministro, lo que podría provocar una catástrofe. Algunos accesorios utilizan una rosca a la derecha, mientras que otros utilizan una rosca a la izquierda ; Los accesorios de rosca izquierda 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 gases. Por ejemplo, un cilindro de argón tiene 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 medicinales podrán 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 Estados Unidos.
En el Reino Unido, la British Standards Institution establece las normas. Entre las normas se incluye el uso de válvulas de rosca izquierda para cilindros de gases inflamables (más comúnmente válvulas de latón, BS4, para contenidos de cilindros no corrosivos o válvulas de acero inoxidable, BS15, para contenidos corrosivos). Los cilindros de gas no inflamables están equipados con válvulas de rosca derecha (más comúnmente válvulas de latón, BS3, para componentes no corrosivos o de acero inoxidable, BS14, válvulas para componentes corrosivos). [4]
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 suele tener un regulador de presión con manómetros aguas arriba (entrada) y aguas abajo (salida) y otra válvula de aguja aguas abajo y conexión de salida. Para los gases que permanecen gaseosos en condiciones ambientales de almacenamiento, el manómetro aguas arriba se puede utilizar para estimar cuánto gas queda en el cilindro según la presión. Para 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 que sale del cilindro a la presión que muestra el manómetro aguas abajo. Para algunos propósitos, como el gas protector para soldadura por arco, el regulador también tendrá un medidor de flujo en el lado aguas abajo.
La conexión de salida del regulador se acopla a lo que necesite el suministro de gas.
Debido a que el contenido está bajo presión y, en ocasiones, son materiales peligrosos , la manipulación de gases envasados está regulada. Las regulaciones pueden incluir encadenar botellas para evitar caídas 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, causando que el bloque de válvulas se corte, 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, las botellas normalmente se fijan a un objeto fijo o a un carro de transporte con una correa o cadena. También se pueden guardar en un armario de seguridad .
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 de manera segura 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] Oxidantes como el oxígeno y el flúor producirán un efecto similar al acelerar la combustión en la zona afectada. Si el contenido del cilindro es líquido, pero se convierte en gas en condiciones ambientales, esto se conoce comúnmente como explosión de vapor en expansión de líquido en ebullición (BLEVE). [6]
Los cilindros de gases medicinales 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 necesaria ] 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, lo que reduce 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 explosión es una pequeña junta metálica 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 necesaria ]
La Asociación de Gas Comprimido publica una serie de folletos y panfletos sobre el manejo y uso seguro de gases envasados.
Existe una amplia gama de normas relacionadas con la fabricación, uso y prueba de cilindros de gas presurizado y componentes relacionados. Algunos ejemplos se enumeran aquí.
Los cilindros de gas suelen estar codificados por colores , pero los códigos no son estándar en las diferentes jurisdicciones y, en ocasiones, no están regulados. El color del cilindro no se puede utilizar de forma segura para una identificación positiva del producto; Los cilindros tienen etiquetas para identificar el gas que contienen.
La norma india para el código de colores de los cilindros de gas se aplica a la identificación del contenido de los cilindros de gas destinados a uso médico. Cada cilindro deberá estar pintado externamente con los colores correspondientes a su contenido gaseoso. [12]
Los siguientes son ejemplos de tamaños de cilindros y no constituyen un estándar de la industria. [ cita necesaria ] [ aclaración necesaria ]
(Las especificaciones del DOT de EE. UU. definen el material, la fabricación y la presión máxima en psi. Son comparables a las especificaciones de Transport Canada , que muestran la presión en bares . Un 3E-1800 en la nomenclatura del DOT sería un TC 3EM 124 en Canadá. [13] )
Para volúmenes mayores, se encuentran disponibles unidades de almacenamiento de gas a alta presión, conocidas como tubos . Generalmente tienen un diámetro y una longitud mayores que los cilindros de alta presión y suelen tener un cuello roscado en ambos extremos. Pueden montarse solos o en grupos sobre remolques, bases permanentes o estructuras de transporte intermodal . Por su longitud se montan horizontalmente sobre estructuras móviles. En el uso general, a menudo se agrupan y gestionan como una unidad. [14] [15]
Se pueden montar juntos grupos de cilindros de tamaño similar y conectarlos a un sistema múltiple común para proporcionar una mayor capacidad de almacenamiento que un solo cilindro estándar. Esto comúnmente se denomina banco de cilindros o banco de almacenamiento de gas. El colector puede disponerse para permitir el flujo simultáneo desde 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. [dieciséis]
Un cuádruple cilindro de gas, también conocido como paleta de cilindros 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 de planta cuadrada con puntos de elevación en la parte superior y pueden tener ranuras para montacargas en la base. Los cilindros generalmente están interconectados como un colector para usarse como una unidad, pero son posibles muchas variaciones en el diseño y la estructura. [17]
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