Aislamiento de tanques criogénicos: perlita frente a aislamiento multicapa

El aislamiento de tanques criogénicos combina un alto vacío en el espacio anular con un relleno que bloquea la radiación. Los dos sistemas habituales son la perlita al vacío, un relleno granular utilizado sobre todo en tanques estacionarios de mayor tamaño, y el aislamiento multicapa o MLI, una manta reflectante enrollada utilizada donde importan la baja fuga de calor y el bajo peso.

Ambos sistemas dependen del vacío. Ninguno funciona sin él. La elección entre ellos afecta a la tasa de evaporación, al peso en vacío, al espesor del hueco anular, al coste y a cómo se repara el tanque si alguna vez se pierde el vacío.

Este artículo explica brevemente la física y compara los dos sistemas en los puntos que afectan a una compra, incluyendo por qué el tipo de aislamiento es una de las primeras preguntas que hacer cuando dos tanques usados del mismo volumen se cotizan a precios distintos.

¿Cómo funciona el aislamiento de un tanque criogénico?

El calor llega al líquido criogénico por tres vías, y un sistema de aislamiento de tanque criogénico debe abordar las tres.

• Conducción y convección de gas: calor transportado por moléculas de gas en el espacio anular entre el recipiente interior frío y la envolvente exterior caliente
• Radiación: energía infrarroja emitida por la envolvente exterior caliente y absorbida por el recipiente interior frío, sin necesitar ningún medio para viajar
• Conducción sólida: calor que viaja a lo largo de los soportes que sujetan el recipiente interior y de la tubería que penetra la envolvente

Evacuar el espacio anular elimina casi toda la conducción y convección de gas. Esa es la ganancia individual más importante, y por eso todo tanque criogénico moderno tiene aislamiento al vacío. Pero el vacío no hace nada frente a la radiación ni frente a los soportes. Por eso el espacio anular también se rellena o se envuelve con un material elegido para bloquear la radiación, y los soportes utilizan materiales de baja conductividad con trayectorias de calor largas.

Como todo el sistema depende de que el vacío se mantenga, tanto los tanques de perlita como los de MLI incluyen un adsorbente, a menudo un tamiz molecular o carbón activado, en el espacio anular. Captura el gas que desgasifican las superficies metálicas a lo largo de años de servicio. Aun así, debe tomarse una lectura de vacío cada 6 a 12 meses.

¿Qué es el aislamiento de perlita al vacío?

La perlita es vidrio volcánico expandido procesado en un polvo granular ligero. El espacio anular se rellena con ella y después se evacúa. Las partículas dispersan y absorben la radiación a lo largo del hueco, y con el gas eliminado apenas queda camino de conducción entre ellas.

Características que importan comercialmente:

• Coste de material y mano de obra inferior al de un sistema MLI envuelto, especialmente en recipientes grandes
• Robusta y tolerante a pequeñas imperfecciones en la instalación
• Necesita un hueco anular más ancho para alcanzar una fuga de calor determinada, lo que aumenta el diámetro de la envolvente exterior y la huella global
• Es más pesada, tanto por la propia perlita como por la envolvente exterior de mayor tamaño
• Puede asentarse y compactarse con el tiempo, especialmente en recipientes transportados o sometidos a vibración

El asentamiento es el punto débil práctico. A medida que la perlita se compacta, puede abrirse un hueco en la parte superior del espacio anular, dando una zona local de mayor fuga de calor, mientras que el material compactado en la parte inferior puede cargar el recipiente interior. Los recipientes que se desplazan entre emplazamientos están más expuestos a esto, lo que en parte explica por qué la perlita es estándar en tanques estacionarios y poco frecuente en equipos de transporte por carretera.

Si se pierde el vacío y entra aire húmedo, la perlita absorbe agua.

¿Qué es el aislamiento multicapa o MLI?

El aislamiento multicapa, conocido comúnmente como MLI o superaislamiento, es una manta enrollada. Láminas reflectantes delgadas, típicamente poliéster aluminizado, alternan con un material espaciador de baja conductividad, como papel de fibra de vidrio o una malla fina. La manta se enrolla alrededor del recipiente interior antes de cerrar la envolvente exterior y evacuar el espacio.

Las capas reflectantes atacan la radiación de forma directa. Cada capa refleja la mayor parte de la energía infrarroja entrante, y cada una se sitúa a una temperatura inferior a la de la capa que la precede, de modo que la caída de temperatura se reparte en muchas etapas. El espaciador evita que las láminas se toquen, porque el contacto crearía un puente de conducción sólida.

Características que importan comercialmente:

• Menor fuga de calor por unidad de superficie que la perlita para el mismo hueco anular
• Un hueco anular mucho más delgado, lo que reduce el diámetro global para un volumen interior dado
• Significativamente más ligero, algo decisivo en el transporte por carretera, donde cada kilogramo de peso en vacío es carga útil perdida
• Más sensible a la calidad de ejecución. La densidad de las capas, los solapes y el tratamiento de las penetraciones cambian el resultado
• Más exigente con el vacío. El rendimiento del MLI se degrada más rápido que el de la perlita al empeorar la calidad del vacío

El MLI es estándar en semirremolques criogénicos, contenedores tanque ISO, recipientes MicroBulk y tanques estacionarios más pequeños. En recipientes estacionarios grandes el panorama es mixto, y algunos fabricantes combinan ambos, envolviendo el recipiente interior con MLI y rellenando el espacio restante con perlita.

¿Cómo afecta el tipo de aislamiento a la tasa de evaporación?

La evaporación, también llamada tasa de evaporación estática, es el porcentaje del contenido del tanque que se evapora al día cuando el tanque está lleno y en reposo. Los tanques criogénicos estacionarios modernos se sitúan en un rango de aproximadamente 0,2 a 0,6 por ciento al día, según el tamaño y el aislamiento.

• Tamaño del tanque. Un recipiente más grande tiene menos superficie por unidad de volumen almacenado, así que la misma calidad de aislamiento da un porcentaje menor. Un tanque pequeño al 0,5 por ciento al día y uno grande al 0,25 por ciento al día pueden estar igualmente bien aislados
• Sistema de aislamiento y calidad del vacío. Para dos tanques de tamaño similar, un sistema MLI en buen vacío suele dar una cifra menor que un sistema de perlita, porque el camino de radiación se bloquea mejor en un espacio más delgado

Por eso un porcentaje de evaporación por sí solo no es comparable entre cotizaciones. Pida la cifra junto con el volumen del recipiente, el producto sobre el que se midió y las condiciones de ensayo. Nuestro artículo sobre la tasa de evaporación de tanques criogénicos explica cómo se define el número, y la cifra relacionada de tiempo de retención o tasa normal de evaporación le indica cuánto tiempo puede permanecer el producto antes de que la presión alcance el tarado de la válvula de alivio.

Una cifra de evaporación publicada también describe un tanque en buen estado con el vacío intacto. No dice nada sobre una unidad usada concreta que esté en un patio. Solo una medición o una lectura de vacío se lo dirá.

¿Cómo afecta el aislamiento al peso, el tamaño y el transporte?

En los tanques estacionarios, el peso importa en la instalación. Un recipiente relleno de perlita es más pesado y de mayor diámetro para la misma capacidad, lo que afecta a la cimentación, a la grúa necesaria para izarlo y a la huella en el emplazamiento. En un emplazamiento de nueva construcción esto rara vez es decisivo. En una adaptación a un recinto existente, a veces sí lo es.

Para el equipo de transporte, el cálculo es distinto y mucho más marcado:

• El transporte por carretera está limitado por el peso bruto del vehículo, así que el peso en vacío reduce directamente la carga útil de cada viaje durante toda la vida del vehículo
• Un hueco anular más delgado permite más volumen interior dentro de la envolvente legal del remolque o de las dimensiones fijas de un bastidor ISO
• Los recipientes de transporte están sujetos a vibración constante y a cargas de choque, la condición bajo la cual el relleno granular puede asentarse

Por eso los semirremolques criogénicos, los camiones cisterna y los contenedores tanque ISO T75 se fabrican con MLI en lugar de perlita. Es una consecuencia del diseño, no una preferencia, y merece la pena comprobarla frente a la carga útil al comparar cisternas criogénicas por carretera.

¿Qué sistema de aislamiento es más fácil de reparar?

Esta cuestión solo importa después de una pérdida de vacío, que es precisamente cuando se vuelve costosa. Los síntomas visibles son los mismos en ambos sistemas: escarcha o sudoración en la envolvente exterior, aumento de la evaporación y un aumento de presión más rápido entre repartos.

Si el vacío se degradó lentamente y el espacio permaneció seco

En el mejor de los casos, el espacio puede volver a evacuarse, a menudo con el adsorbente regenerado mediante calor durante el bombeo, y el rendimiento se restablece. Esto es similar en ambos sistemas y es el resultado que se espera cuando un tanque se detecta a tiempo. Nuestro artículo sobre pérdida de vacío en tanques criogénicos describe cómo se desarrolla esta condición.

Si entró aire y humedad en el espacio anular

Aquí los sistemas divergen. La perlita húmeda tiene que retirarse y sustituirse, lo que implica abrir la envolvente, extraer el relleno, renovar el material, rellenar y volver a evacuar. Es una operación de taller con un contenido de mano de obra considerable, pero el material en sí es económico y el proceso es bien conocido.

El MLI contaminado generalmente debe desenvolverse y sustituirse. El coste del material es mayor y el reenvuelto debe hacerse con la densidad de capa correcta, lo que requiere un taller que realice esta operación con regularidad.

En ambos casos, la fuga debe encontrarse y repararse primero. Volver a evacuar una envolvente con una fuga sin resolver compra semanas, no años.

¿Por qué importa el aislamiento de un tanque criogénico al comparar dos tanques usados?

Dos tanques usados con el mismo volumen de placa pueden diferir en coste de operación, y el aislamiento es una razón. El producto perdido por evaporación es producto que ya se pagó por licuar y transportar.

Al comparar ofertas, pida lo siguiente para cada unidad:

• El tipo de aislamiento indicado por el fabricante original, no supuesto a partir de la forma del tanque
• La cifra de evaporación de diseño o tasa normal de evaporación, con el volumen y el producto a los que se refiere
• Una lectura de vacío actual del espacio anular, con la fecha en que se tomó
• Cuántas veces se ha bombeado el vacío, y si el tanque ha sido reaislado alguna vez
• Si la envolvente ha sido cortada y resoldada, lo que es la firma de una reparación de aislamiento anterior
• Fotografías de la envolvente exterior en condiciones frías y húmedas, cuando las zonas de escarcha son más fáciles de ver
• Si el dispositivo de alivio del espacio anular ha actuado alguna vez, lo que indicaría una fuga anterior del recipiente interior

Un tanque con una lectura de vacío documentada y una envolvente limpia vale más que uno con un precio de venta más bajo y sin datos. Empiece la inspección en la placa del recipiente, que le indica el volumen, el MAWP y el código de diseño que está comparando, y continúe con el registro de mantenimiento planificado.

KAF Cryogenics suministra tanques criogénicos de segunda mano certificados que han superado inspección, ensayos no destructivos y pruebas de vacío y presión, vendidos con expediente documental y garantía por escrito. Cuando se requiere un sistema de aislamiento o una clase de presión específicos, se fabrican recipientes nuevos según especificación. Las unidades de segunda mano certificadas pueden entregarse desde stock en semanas, mientras que una fabricación nueva requiere meses.

Preguntas frecuentes

Lectura relacionada

• tasa de evaporación de tanques criogénicos
• tiempo de retención o tasa normal de evaporación
• pérdida de vacío en tanques criogénicos
• placa del recipiente
• registro de mantenimiento planificado
• cisternas criogénicas por carretera