Bobina de presurización y economizador: cómo se controla la presión del tanque
Cómo controlan la presión de un tanque criogénico la bobina de presurización y el economizador, cómo funciona cada circuito y los síntomas cuando uno falla.
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Una bobina de presurización es un intercambiador de calor con aire ambiente que toma líquido de un tanque criogénico, lo vaporiza y devuelve el gas al espacio de vapor para elevar la presión. El economizador funciona a la inversa, extrayendo vapor de la parte superior cuando la presión es alta para que la evaporación se aproveche como producto en lugar de ventearse.
Entre los dos, estos circuitos mantienen un tanque criogénico a una presión de trabajo estable sin desperdiciar líquido y sin que actúe la válvula de alivio.
Este artículo explica cómo funciona cada circuito, cómo se relacionan sus puntos de ajuste, y qué observa un operador cuando alguno de los dos falla.
¿Por qué necesita un tanque criogénico un circuito de presurización?
Un líquido criogénico se encuentra cerca de su punto de ebullición a la presión del tanque. Algo tiene que empujar el producto fuera del recipiente, y en una estación de cliente normalmente no hay bomba. El impulso proviene de la presión del vapor por encima del líquido.
Esa presión debe mantenerse por encima de la demanda aguas abajo:
- En servicio de gas, la presión del tanque empuja el líquido a través del vaporizador hasta el punto de uso a la presión de entrega requerida
- En servicio de líquido, empuja el líquido hacia una línea de transferencia, una manguera de llenado o un recipiente de cliente
- En ambos casos la presión cae durante la extracción, ya que se retira vapor mientras el espacio de vapor crece
La fuga de calor por sí sola produce cierto aumento de presión, pero no lo bastante rápido como para seguir el ritmo de una extracción activa, así que un tanque dejado a su suerte perdería presión hasta que se detuviera el suministro.
El problema contrario aparece cuando el tanque está parado. La evaporación continúa, y sin extracción la presión sube hasta que actúa la válvula de alivio y se pierde producto. Eso es lo que resuelve el economizador.
¿Cómo funciona la bobina de presurización?
El circuito de presurización, habitualmente abreviado PB, es un bucle cerrado desde el fondo del recipiente interior hasta la parte superior del mismo recipiente.
- El líquido sale del fondo del recipiente interior a través de la línea de presurización, pasando por una válvula de aislamiento manual
- El regulador detecta la presión del espacio de vapor y se abre cuando cae por debajo del punto de ajuste
- El líquido fluye hacia la bobina de presurización, un intercambiador de calor de tubo con aletas de aire ambiente en el lateral o la base del tanque
- El aire ambiente calienta el tubo, el líquido hierve y el gas se expande
- El gas regresa al espacio de vapor en la parte superior del recipiente, elevando la presión del tanque
- Cuando se alcanza el punto de ajuste, el regulador se cierra y el circuito se detiene
Un efecto de termosifón hace que el bucle sea autoimpulsado: el líquido en la bobina está más caliente y es menos denso, así que asciende y arrastra más líquido detrás de él. No se necesita bomba ni alimentación eléctrica, razón por la cual esta disposición es estándar en estaciones no atendidas.
La presurización también consume producto. Cada unidad de gas devuelta al espacio de vapor salió del inventario de líquido, así que un circuito que funciona de forma continua incrementa silenciosamente la cifra de consumo del emplazamiento.
El regulador de presurización
El regulador es una válvula de control autooperada, y su punto de ajuste define la presión de trabajo del tanque. Debe cubrir la presión necesaria en el punto de uso más las pérdidas del vaporizador y la tubería, y siempre se sitúa por debajo del ajuste de la válvula de alivio.
¿Qué hace el economizador en un tanque criogénico?
El economizador, a veces llamado válvula de aprovechamiento de gas, conecta el espacio de vapor con la línea de extracción. Su punto de ajuste se sitúa por encima del ajuste del regulador de presurización y por debajo del ajuste de la válvula de alivio.
Cuando la presión del tanque sube por encima de ese punto de ajuste, la válvula se abre y el producto se extrae del espacio de vapor en lugar del líquido. Retirar vapor reduce la presión del tanque, y el vapor que de otro modo se habría venteado se entrega al cliente. Por debajo del punto de ajuste se cierra y se reanuda la extracción normal de líquido.
Así que cumple dos funciones a la vez:
- Controla el límite superior de la presión del tanque sin ventear, manteniendo la válvula de alivio como dispositivo de seguridad
- Convierte el gas de evaporación en producto entregado, de modo que la fuga de calor que se habría perdido pasa a formar parte de la venta
Los tanques criogénicos estacionarios modernos tienen una tasa de evaporación estática de aproximadamente 0,2 a 0,6 por ciento al día según el tamaño y el aislamiento. Un economizador en funcionamiento recupera esa evaporación en la corriente de gas. En un tanque parado durante periodos largos no hay extracción que la absorba, así que la presión sigue subiendo y el tiempo de retención se convierte en la cifra determinante.
¿Cómo se relacionan entre sí los ajustes de presión?
Existe un orden fijo entre los puntos de ajuste, y eso explica la mayoría de los problemas de operación. De menor a mayor:
- Regulador de presurización: el más bajo, define la presión de trabajo normal del tanque
- Regulador del economizador: por encima del regulador de presurización, para que los dos nunca compitan entre sí
- Válvula de seguridad de alivio: por encima del ajuste del economizador y en el MAWP del recipiente o por debajo de él
- Disco de ruptura: por encima del ajuste de la válvula de alivio, dentro del límite que permite el código aplicable
La diferencia entre los ajustes de presurización y de economizador es la banda en la que opera el tanque. Si el economizador se ajusta en el mismo punto que el regulador de presurización o por debajo de él, el resultado es un bucle autoderrotante: el circuito vaporiza líquido para elevar la presión, el economizador lo purga hacia la línea de gas, y el circuito vuelve a empezar, consumiendo líquido adicional.
Los valores exactos dependen de la clase de presión del recipiente y de la presión de entrega requerida. Se registran en la documentación del recipiente, y cualquier cambio es una acción de servicio documentada. Nuestro artículo sobre MAWP y clase de presión de tanques criogénicos explica cómo la valoración del recipiente fija el límite superior.
¿Cuáles son los síntomas cuando falla la bobina o el circuito de presurización?
Los fallos de presurización se manifiestan como presión baja, caudal bajo o ausencia total de entrega.
La presión no sube, o cae durante la extracción
- La válvula manual de aislamiento de presurización está cerrada, la causa más habitual y lo primero que hay que comprobar
- El punto de ajuste del regulador es demasiado bajo para la demanda actual, o el regulador ha fallado cerrado
- La bobina está cubierta de hielo, así que no puede absorber calor del aire y el líquido no se vaporiza
- El nivel de líquido es muy bajo, así que hay poca carga para alimentar la línea
- La demanda supera lo que el circuito fue dimensionado para cubrir, lo cual es un problema de dimensionamiento, no un fallo
La bobina está muy escarchada o formando hielo
Algo de escarcha en una bobina de presurización es normal. Un bloque sólido de hielo no lo es. Los intercambiadores de calor con aire ambiente necesitan tiempo de deshielo para eliminar el hielo que se forma al extraer calor del aire húmedo, así que una bobina que nunca tiene un respiro se congela hasta que su capacidad se derrumba. El clima frío y húmedo agrava esto, razón por la cual las quejas de presión se concentran en invierno.
La presión sube de forma continua y actúa la válvula de alivio
Este es el fallo contrario, un regulador atascado en posición abierta. El circuito sigue devolviendo gas al espacio de vapor, así que la presión sube más allá del ajuste del economizador hasta la válvula de alivio. El indicio es una bobina que permanece escarchada cuando el tanque ya está a presión de trabajo.
Una válvula de alivio que actúa de forma continua no siempre es un fallo de presurización. La degradación del vacío produce el mismo síntoma, así que lea primero nuestros artículos sobre por qué sube la presión en un tanque criogénico y sobre la pérdida de vacío.
¿Cuáles son los síntomas cuando falla el economizador?
Los fallos del economizador son más silenciosos, porque el tanque sigue entregando. Se manifiestan como pérdida de producto y presión inestable.
Economizador atascado cerrado o ajustado demasiado alto
- El tanque ventea a través de la válvula de alivio o de venteo mientras todavía contiene bastante producto
- La presión del tanque se mantiene en el extremo superior del rango incluso cuando se extrae gas
- El consumo aparenta ser mayor que el uso real, porque el producto venteado se entregó y se facturó igualmente
- El operador empieza a ventear manualmente, normalizando una pérdida que no debería producirse
Economizador atascado abierto o ajustado demasiado bajo
- La presión del tanque no se mantiene, porque el vapor se purga continuamente hacia la línea de extracción
- El circuito de presurización funciona de forma constante, así que la bobina permanece escarchada y el consumo de líquido aumenta
- El gas en el punto de uso puede resultar más frío o variable, porque evita el recorrido completo del vaporizador
- En servicio de extracción de líquido, la transferencia se vuelve lenta o se detiene a medida que la presión del tanque se desploma
La bobina distingue entre ambos casos. Una bobina escarchada con una presión que no se mantiene apunta al economizador. Una bobina despejada con una presión que no sube apunta al circuito de presurización.
¿Qué debe comprobar un operador antes de llamar al servicio técnico?
Una comprobación breve y estructurada ahorra una visita de servicio y ofrece al técnico información con la que trabajar.
- Registre la presión del tanque y el nivel de líquido, con la hora y la temperatura ambiente
- Confirme que la válvula manual de presurización esté en su posición normal de operación
- Observe la bobina de presurización: despejada, ligeramente escarchada o sólidamente congelada
- Observe el vaporizador de proceso, ya que la formación de hielo allí produce una presión de entrega baja que a menudo se atribuye al tanque
- Compruebe si la demanda ha cambiado, por ejemplo una nueva línea de producción
- Compare la presión con los puntos de ajuste documentados en el expediente del recipiente
- Compruebe si hay venteo audible o una nube de hielo en la salida de venteo
Se aplican dos reglas sin excepción. No ajuste ni intervenga en la válvula de seguridad de alivio ni en el disco de ruptura, y nunca aísle un dispositivo de alivio para detener el venteo. Los puntos de ajuste de los reguladores solo los cambia personal competente, conforme a los valores documentados, y una bobina congelada se deja descongelar de forma natural en lugar de calentarse o golpearse.
Si el circuito o el vaporizador están infradimensionados en lugar de averiados, la solución es un cambio de capacidad.
¿Cómo afecta la bobina de presurización a la selección del tanque?
El equipo de control de presión forma parte de la especificación. La demanda máxima de gas y la presión de entrega requerida fijan la capacidad de presurización y el punto de ajuste del regulador, y la clase de presión del recipiente debe ser lo bastante alta para que la presión de trabajo se mantenga por debajo del ajuste de la válvula de alivio.
El patrón de uso importa tanto como el volumen. Los emplazamientos de servicio continuo necesitan capacidad suficiente para que la bobina disponga de tiempo de deshielo, mientras que los emplazamientos intermitentes y de bajo uso dependen más del economizador, ya que los periodos largos de parada permiten que la evaporación se acumule. Por eso el mismo volumen nominal rinde de forma distinta en dos emplazamientos, y por eso nuestro artículo sobre dimensionamiento de tanques de estación de cliente parte del perfil de consumo.
KAF Cryogenics suministra tanques de almacenamiento criogénico, recipientes MicroBulk y vaporizadores ambientales, como unidades nuevas fabricadas según especificación o como equipo de segunda mano certificado con expediente documental y garantía por escrito.
Preguntas frecuentes
¿Qué es una bobina de presurización en un tanque criogénico?
Es un intercambiador de calor con aire ambiente, normalmente una bobina de tubo con aletas en el lateral o la base del tanque, que toma líquido del fondo del recipiente interior, lo vaporiza usando el calor del aire circundante, y devuelve el gas al espacio de vapor. El gas añadido eleva la presión del tanque para que el producto pueda ser empujado hacia afuera. El circuito lo controla el regulador de presurización y no necesita bomba ni alimentación eléctrica.
¿Qué hace el economizador en un tanque criogénico?
El economizador es un regulador ajustado por encima del punto de presurización y por debajo del ajuste de la válvula de alivio. Cuando la presión del tanque sube por encima de su punto de ajuste, abre una vía desde el espacio de vapor hacia la línea de extracción para que el producto se tome como vapor en lugar de líquido. Esto reduce la presión del tanque sin ventear y convierte el gas de evaporación en producto entregado.
¿Por qué mi tanque criogénico no genera presión?
La causa más habitual es que la válvula manual de presurización está cerrada, a menudo tras un reparto o una visita de mantenimiento. Otras causas son un regulador ajustado demasiado bajo o fallado cerrado, una bobina de presurización sólidamente cubierta de hielo que no puede absorber calor del aire, un nivel de líquido muy bajo, o una demanda superior a la que el circuito fue dimensionado.
¿Por qué ventea mi tanque criogénico cuando todavía está lleno?
El venteo con producto en el tanque suele significar que el economizador está atascado cerrado o ajustado demasiado alto, así que la evaporación no se extrae hacia la línea de gas y la presión sube hasta el ajuste de la válvula de alivio. La otra causa habitual es un regulador de presurización atascado en posición abierta. El aislamiento degradado produce el mismo síntoma al aumentar la fuga de calor, así que compruebe el vacío antes de sustituir reguladores.
¿Debe la bobina de presurización estar escarchada?
Un poco de escarcha durante la presurización activa es normal, porque la bobina extrae calor del aire. Un bloque sólido de hielo no es normal y significa que la bobina ha perdido capacidad. Una bobina que permanece escarchada cuando el tanque ya está a presión de trabajo sugiere que el regulador está pasando o atascado en posición abierta. Deje que una bobina congelada se descongele de forma natural en lugar de aplicar calor o golpearla.
¿Puede ajustarse el economizador por debajo del regulador de presurización?
Nunca debería hacerse. Si el punto de ajuste del economizador está en el mismo nivel que el del regulador de presurización o por debajo de él, el circuito de presurización vaporiza líquido para elevar la presión y el economizador lo purga de inmediato hacia la línea de gas. El tanque parece funcionar pero consume líquido adicional de forma continua. El orden correcto es presurización más bajo, después el economizador, y después la válvula de alivio en el MAWP del recipiente o por debajo de él.
¿Elimina un economizador en funcionamiento las pérdidas por evaporación?
Solo las elimina mientras se extrae producto, porque el vapor recuperado tiene que ir a algún sitio. En un tanque en uso regular, la evaporación se absorbe en la corriente de gas y se vende en lugar de ventearse. En un tanque que permanece parado durante periodos largos no hay extracción que la absorba, así que la presión sube y el tiempo de retención del recipiente se convierte en la cifra limitante.
¿Puede un operador ajustar los puntos de presurización o del economizador?
No. Los puntos de ajuste se registran en la documentación del recipiente y solo los cambia personal competente como acción de servicio documentada. Elevar un punto de ajuste hacia el de la válvula de alivio para compensar un problema de capacidad aguas abajo no es una solución y reduce el margen del que depende el sistema de seguridad. Las válvulas de seguridad de alivio y los discos de ruptura nunca deben ajustarse ni aislarse.
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