Guía para principiantes sobre la válvula de nitrógeno líquido

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06/09/2022
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El nitrógeno líquido es otra forma del mismo elemento nitrógeno que es demasiado frío para estar disponible en estado líquido. Esta forma concreta tiene varias aplicaciones, desde criogenia hasta aplicaciones de refrigeración. Hoy hablaremos de algunos datos vitales sobre la transmisión de nitrógeno líquido con la ayuda de válvulas de nitrógeno líquido para poder manipularlo con seguridad. Al igual que las formas gaseosas y sólidas del nitrógeno, el nitrógeno líquido es incoloro y, por lo tanto, puede almacenarse en un lugar seguro. válvula de bola de 3 vías inoxidable. Las moléculas de nitrógeno contenidas en forma líquida son puras y se encuentran también en estado líquido. 

Válvulas criogénicas de nitrógeno Dombor
Fuente: Dombor

Propiedades del nitrógeno líquido

Estas son algunas de las propiedades del nitrógeno líquido:

  • En condiciones de trabajo gaseosas, El punto de ebullición es -196 grados Celsius
  • El olor del gas Ninguno
  • Color del gas Ninguno
  • Sabor del gas Ninguno
  • Densidad del gas (27°C aire = 1-18g/L) 1-14

Varios válvulas criogénicas disponibles en el mercado ayudan a transportar nitrógeno en estado líquido de un punto a otro. Un recipiente de nitrógeno líquido portátil resulta muy útil para ayudar a los usuarios y a las unidades de fabricación a aprovechar al máximo su nitrógeno líquido. 

Antes de sumergirse en su transmisión y en el funcionamiento de la válvula, debe saber que el nitrógeno tiene algunos riesgos asociados. De ahí que su manipulación requiera una gran concentración y seguridad para garantizar que no se produzca ningún percance. 

Usos del nitrógeno líquido

Existen varias aplicaciones del nitrógeno líquido, ya que tiene baja reactividad y temperatura. He aquí algunos usos comunes del nitrógeno líquido:

  • Sirve como fuente de gas muy seco
  • Se utiliza en criptoterapia ya que ayuda a eliminar las anomalías cutáneas 
  • Se utiliza para transportar y congelar productos alimenticios
  • Se utiliza en la criopreservación de la sangre
  • Se utiliza en la crioconservación de muestras biológicas como espermatozoides, óvulos, muestras genéticas animales, etc. 
  • marcado del ganado
  • Proteger los objetos de la oxidación
  • Congelación rápida de tuberías o agua para que los operarios puedan trabajar en ellas mientras las válvulas no están disponibles.
  • Hace helados, niebla, congelación rápida, etc.

Riesgos asociados al nitrógeno líquido

Estos son algunos de los riesgos asociados al nitrógeno líquido:

Válvula de nitrógeno 1
Fuente: Alibaba.com

Asfixia

Cuando se hierve, el nitrógeno líquido produce gas nitrógeno que desplaza el oxígeno del aire, lo que provoca una deficiencia de oxígeno en la atmósfera, especialmente cuando se hierve en un recinto cerrado. También hay que limpiar regularmente el polvo en la superficie del valle. La falta de oxígeno de la atmósfera puede provocar graves problemas de salud. 

  • Se dice que se espera cuando el oxígeno es superior a 19,5%.
  • Cuando 14% < O2 ≤ 19-5%, se produce una disminución del rendimiento intelectual y físico sin que esa persona lo sepa.
  • Cuando el O2 es ≤ 14%, se producirá inconsciencia, desmayos e incluso la muerte en casos extremos, dependiendo de la duración y el nivel de oxígeno inadecuado.

Fuego 

El nitrógeno líquido puede condensar el oxígeno de la atmósfera. El LN2 o nitrógeno líquido crea una situación explosiva o inflamable al aumentar la combustibilidad de varios materiales como los hidrocarburos o los disolventes. Por ello, lo mejor es almacenar este líquido en un válvula de compuerta accionada al por mayor

Quemaduras por frío

Debido a su temperatura extremadamente baja, el gas y el vapor fríos que se producen al hervir el nitrógeno líquido pueden provocar congelación o quemaduras por frío cuando entran en contacto con la piel desnuda. La exposición también puede provocar molestias al respirar. Además, en algunos casos puede provocar ataques de asma.

Formación de tapones de hielo o acumulación de presión

Debido a la alta relación de expansión, si el nitrógeno líquido se evapora en un espacio cerrado, puede producirse una acumulación de presión que podría dar lugar a un alto riesgo de explosión. Si no hay un respiradero de alivio, pueden formarse tapones de hielo en el cuello de los recipientes de almacenamiento porque el nitrógeno líquido condensa fácilmente el agua y forma hielo. Todo ello provoca una presión elevada en el recipiente de almacenamiento. 

Conozcamos los usos del nitrógeno líquido para saber donde la válvula puede utilizarse para controlar la transmisión de nitrógeno líquido. 

Requisitos de solicitud

Antes de utilizar la válvula del recipiente, el usuario final debe conocer a fondo su funcionamiento u operación para asegurarse de que el proceso se lleva a cabo según lo esperado. Además, también debe conocer las limitaciones del rendimiento del recipiente. Por lo tanto, antes de pedir una válvula para su uso, debe saber claramente el tipo que va a necesitar. 

En el mercado existen diferentes opciones de válvulas, algunas de las cuales sólo pueden utilizarse para nitrógeno líquido. Otras opciones disponibles son las que pueden utilizarse para suministrar gas y líquido, mientras que algunas sólo pueden utilizarse para suministrar gas a alta presión. Dicho esto, antes de elegir, hay que conocer los requisitos de caudal y presión de la aplicación. También debe conocerse el estado del medio. Compre las mejores válvulas en los principales fabricante de válvulas industriales a precios muy asequibles.

Válvula de nitrógeno
Fuente: Indiamart

Por ejemplo, comprar la válvula hecha especialmente para ello sería útil si sólo va a suministrar nitrógeno líquido. 

Válvulas de compuerta deslizante

Es una de las válvulas más conocidas para transportar nitrógeno líquido de un punto a otro. La válvula de compuerta deslizante es fácilmente controlable y cualquiera puede manejarla. Esta válvula de compuerta industrial se fabrica utilizando un nuevo enfoque para garantizar que se cumpla el objetivo. La válvula de compuerta deslizante desarrollada es ligera, manejable y precisa. 

El principio basado en esta válvula entusiasmó también en su día a Leonardo Da Vinci. El principio es lo suficientemente frío como para transportar la forma líquida del nitrógeno de una fuente a otra. Esto ayuda a que la válvula sea lo suficientemente eficiente como para que pueda manejar fácilmente los desafíos que se le plantean a la válvula de control. 

Principio de diseño

La válvula de compuerta deslizante se caracteriza por la ayuda de un dispositivo de estrangulación especial colocado en la unidad funcional. La válvula consta de dos discos en ranuras que se deslizan uno sobre otro para crear un efecto de sellado. Uno de los dos discos de sellado se coloca en la carcasa en posición perpendicular contra la dirección del flujo del medio. También tiene varias ranuras transversales predefinidas. 

El segundo disco presente es a prueba de torsión y también contiene una disposición similar de ranuras que se mueven en posición perpendicular entre sí. Esto ayuda a cambiar la dirección del flujo en el sentido de la sección transversal. La presión aplicada mueve el disco móvil contra el disco estacionario.

Las válvulas de compuerta deslizante utilizadas para suministrar nitrógeno líquido presentan varias ventajas. A continuación enumeramos algunas de ellas para que los usuarios finales sepan en qué beneficiará a su aplicación. 

  • Las válvulas de compuerta deslizante tienen una larga vida útil, conllevan bajos costes de funcionamiento y sufren menos desgaste a lo largo de su vida útil. 
  • Las válvulas también tienen pesos más bajos, fuerzas de accionamiento reducidas y diseños compactos. 
  • Las válvulas son sencillas porque son fáciles de mantener y manejar. 
  • Los valores KVS que contienen estas válvulas son elevados y pueden intercambiarse fácilmente. 
  • Al utilizar la válvula de compuerta deslizante, presentan bajas pérdidas de aislamiento y también garantizan un consumo reducido de energía. 
  • Las válvulas atraen la emisión reducida de ruidos y no son sensibles a cavitación
  • Tiene un ciclo de alto rendimiento con tiempos de ciclo muy cortos. 
  • La válvula es excepcionalmente estanca y, por lo tanto, garantiza un bajo nivel de fugas que, de otro modo, se produciría debido al principio de funcionamiento. 

Características de las válvulas de compuerta deslizante

La válvula de compuerta deslizante ayuda a suministrar nitrógeno líquido, lo que demuestra que contiene algunas características robustas. 

  • Eficiencia: Una de las características destacadas de esta válvula de compuerta deslizante es su fuerza de accionamiento, que asciende a sólo 10% de la necesaria para accionar la válvula de globo. El tamaño de esta válvula es el mismo que el tamaño nominal de la válvula de globo y la misma presión diferencial. Esto permite utilizar actuadores pequeños aunque los diseños del mismo tamaño nominal tengan el mismo caudal. 
  • Vitalidad: Las válvulas de compuerta deslizante suelen ser más rápidas que las demás válvulas de control convencionales. El mismo resultado puede visualizarse con la ayuda de la respuesta en frecuencia cuando se toma el valor de consigna como valor de entrada. La amplitud de la carrera resultante es la misma que el valor de salida. También puede utilizar Válvulas de bola de 3 vías para la misma función.
  • Cavitación: Cuando hay un caudal elevado a través de la sección transversal más estrecha de la válvula, suele bajar la presión local. Se reduce por debajo de la presión del vapor de ese líquido. Esto da lugar a que se formen burbujas de vapor, pero éstas se colapsan donde hay una presión elevada. Las burbujas que se forman al entrar en contacto con los límites sólidos causan daños. 

Tipos de válvulas de nitrógeno líquido 

Las válvulas de nitrógeno líquido están disponibles en varios tamaños y formas y son ideales para diferentes rangos de presión. Estos son algunos de los tipos más comunes de válvulas de nitrógeno líquido. 

  • Válvulas de bola 

Los cuerpos de las válvulas de bola de nitrógeno criogénico son de politetrafluoroetileno y retienen un caudal mayor que las válvulas de globo. También son especialmente eficaces cuando los sistemas necesitan un cierre hermético. Hay que detectar que son fáciles de desgastar alrededor de las juntas de la bola. Por ello, se aconseja su uso en sistemas que tengan canales de flujo ilimitados.

Además, presentan un espacio de vapor lo suficientemente alto como para permitir la gasificación en la región situada bajo el prensaestopas. Debido a la limitada conducción térmica entre el interior y el exterior de la válvula, esto mantiene la empaquetadura del prensaestopas cerca de la temperatura ambiente.

  • Válvulas de bola de entrada superior 

Esta variante más reciente conserva un diseño de una sola pieza con conexiones soldadas a tope que simplifica el mantenimiento, similar al de las válvulas de bola tradicionales. Es una solución recomendada en situaciones que requieren seguridad contra incendios debido a la ausencia de juntas mecánicas.

  • Válvulas de mariposa 

Las válvulas de mariposa utilizan un disco circular en su centro y pertenecen a los modelos de giro de 90 grados. Este disco permite que las válvulas de mariposa sean cortas, lo que las hace ligeras de peso, menos costosas, rápidas y fáciles de manejar. Sin embargo, un uso excesivo acorta su vida útil. 

  • Válvulas de mariposa de triple offset

En entornos criogénicos, la válvula de mariposa de triple offset se utiliza para ofrecer un gran rendimiento. La junta y el asiento de la válvula se reducen y desgastan como resultado del desplazamiento de estas válvulas. La construcción de esta válvula incluye un anillo de acero inoxidable que se instala en un disco para detener las fugas. 

  • Válvulas de compuerta 

En las válvulas de compuerta, el obturador es una compuerta en forma de cuña que gira para cerrarse paralelamente al asiento del cuerpo. Incluso en su posición completamente abierta, tiene un impacto menor en la presión. Ofrecen grandes propiedades de flujo, pero están limitadas por el desgaste, al igual que las válvulas de bola. 

  • Válvulas de globo

La forma esférica de esta válvula criogénica dio origen a su nombre. Además, en su interior hay un obturador, que es un disco móvil. Sigue girando en un ángulo de 90 grados en la dirección del plano, que está en sincronía con el asiento del cuerpo. De este modo, ofrecen una estanqueidad fiable a largo plazo.

Estas válvulas ofrecen mejores prestaciones de estanquidad a largo plazo. Sin embargo, son propensas a la humedad e ineficaces en aplicaciones en las que el caudal es crítico. Para evitar la erosión, las válvulas de globo deben equiparse con un embellecedor de válvula completo de Stellite. 

  • Válvulas de control

Junto con un amplio rango de control y una gran precisión de caudal, la válvula de control tiene una capacidad de flujo adecuada. Esta válvula criogénica se monta utilizando un actuador en forma de cilindro o un diafragma. La utilización de una válvula de control criogénica ofrece ciertas ventajas, como su disposición sencilla, su peso ligero y su resistencia para regular las operaciones. Con la empaquetadura y el prensaestopas de baja emisión, es posible prolongar esta válvula criogénica. Contribuye a la fiabilidad y seguridad de la válvula de control. 

  • Válvulas de alivio

En caso de que se superen las restricciones de seguridad, estas válvulas de alivio permiten la salida del vapor al tiempo que evitan una sobrepresión superior a una cantidad específica. Las válvulas llevan la presión a un valor preestablecido y protegen de la sobrepresurización. Estas válvulas permitirán la salida del vapor si se superan los límites de seguridad.

  • Válvulas de retención 

La válvula de retención criogénica se prepara constantemente para ofrecer fiabilidad y un excelente rendimiento de sellado durante un largo periodo de servicio. Estas válvulas de retención se utilizan principalmente en los sectores de GLP, GNL y otros sectores de baja temperatura.

¿Por qué una válvula criogénica de nitrógeno líquido tiene un bonete extendido? 

Los medios líquidos que transfiere la válvula criogénica son inflamables y explosivos, como el etileno, el hidrógeno líquido, el oxígeno líquido, el petróleo licuado, el gas natural licuado, etcétera. Además, al aumentar la temperatura, se gasifican y expanden más. Este tipo de válvula siempre tiene un vástago extendido, o más concretamente, un amplio bonete.

La empaquetadura, que es crucial para la válvula criogénica y otras válvulas, puede protegerse de daños a baja temperatura mediante la campana expandida. La empaquetadura perderá lentamente su elasticidad y capacidad para detener fugas a medida que baje la temperatura.

Cuando el vástago se mueve, el medio se congela en la zona entre el relleno y el vástago, impidiendo su movimiento y raspando la empaquetadura. Lo que acaba ocurriendo es una fuga importante. Para garantizar que la empaquetadura esté caliente, por encima de los 8 grados centígrados, se utiliza un vástago más largo. 

Gracias a la amplia estructura del capó, es posible envolver fácilmente la válvula con sustancias especiales, lo que reduce la pérdida de energía por frío. La "caja fría" es donde suelen estar las tuberías y válvulas, pero el "cuello largo" de la tubería puede atravesar la pared de la caja.

En función de ello, el vástago expandido facilita el desmontaje rápido o la sustitución de los componentes principales de la válvula a través de la campana. Por lo tanto, la tubería y el cuerpo de la válvula se unen mediante soldadura para minimizar las fugas de la caja fría y garantizar la capacidad de sellado de la válvula. 

Cómo elegir las válvulas criogénicas de nitrógeno líquido adecuadas 

Campos industriales como el farmacéutico, el manufacturero y el de congelación utilizan cada vez más válvulas criogénicas de nitrógeno. En su mayoría, se trata de materiales de trabajo a baja temperatura que también son venenosos, combustibles o explosivos y tienen una permeabilidad elevada. 

Para garantizar su uso seguro, deben cumplir una serie de condiciones únicas. Entre estas características, conservan un vástago más largo y una parte de empaquetadura elevada. De este modo, la temperatura interna del aparato se calienta menos desde el exterior. 

El diseño del capó de cuello largo es otro aspecto que debe evaluarse. Está asociado a la conductividad térmica de la sustancia, el área de conductividad térmica, el coeficiente de disipación de calor exterior y el área de exorbitancia térmica. Utilizando un método experimental, se estima.

Los fabricantes de válvulas criogénicas de nitrógeno deben tener en cuenta los materiales que eligen, ya que el cuerpo del dispositivo debe soportar las fluctuaciones de temperatura, así como los posibles movimientos de desarrollo y compresión que se produzcan, evitando la deformación de su montura.

Guía de mantenimiento de válvulas de nitrógeno líquido criogénico

El mantenimiento rara vez es necesario porque las válvulas tienen una vida útil larga y sin problemas. Cuando se requiere mantenimiento, las válvulas pueden repararse in situ. La manivela de la válvula debe girarse a la posición "abierta".

Cada 50K ciclos, o cada seis meses, estas válvulas deben ser revisadas para un funcionamiento apropiado e indicadores de degradación bajo condiciones normales de operación. Los exámenes deben ocurrir más repetidamente cuando se opera en situaciones difíciles.

El intervalo sugerido para el mantenimiento a fondo de la válvula es de 500 ciclos K, o cada 4 años (lo que ocurra primero). El espesor de la pared del cuerpo de la válvula tiene una asignación mixta para corrosión y erosión de 1 mm. La válvula no debe ser utilizada si esta apropiación ha sido retirada mecánica, natural o estéticamente. 

Como parte del mantenimiento normal, apriete la tuerca del prensaestopas aproximadamente 1/8 de vuelta si detecta fugas en el vástago. Esto compensará cualquier desgaste o asentamiento de la empaquetadura del prensaestopas. El elevado par de accionamiento de la válvula y el mayor desgaste de la empaquetadura pueden deberse a un apriete excesivo de la tuerca del vástago.

Se aconseja la sustitución de todos los asientos y juntas utilizando el kit de reparación adecuado si la válvula se saca de la línea y se desmonta. Compruebe si hay desgaste, corrosión o deterioro en cualquier superficie metálica de sellado, incluyendo la bola, el vástago y las superficies de los conectores de los extremos que hacen contacto con los asientos. 

Instrucciones para el montaje de la válvula de nitrógeno 

Aquí están las instrucciones detalladas para el montaje de válvulas de nitrógeno que están en tamaños de 1/2″ a 2-1/2″ (o 2″ paso total). 

  • Utilizando un paño y solución IPA, esterilizar completamente los componentes de la válvula. Aplique el lubricante adecuado al sello de empuje del vástago, la empaquetadura y el cojinete. 
  • Debe colocarse un anillo de empuje del vástago en el vástago. Con el lado roscado hacia arriba, deslice el vástago en el bonete expandido y levántelo suavemente en el orificio del bonete. 
  • Coloque la junta del vástago en el orificio del vástago mientras sujeta el vástago erecto. Coloque en el vástago el nuevo anillo antiabrasión, el seguidor metálico y los dos muelles de disco. 
  • A lo largo del vástago, acople la tuerca prensaestopas y ajuste los valores de par de apriete de la tuerca prensaestopas.
  • Alterando la orientación de la tuerca, fije el clip de bloqueo a la tuerca prensaestopas (en el sentido de las agujas del reloj). 
  • Coloque la junta dentro de la brida inferior del bonete extendido. Coloque el cojinete del vástago en la plataforma superior del cuerpo de la válvula.
  • Coloque el balón dentro del cuerpo manteniendo la orificio de descarga de presión apuntando en la dirección de la cola de la flecha soldada.
  • Deslice el vástago en la bola mientras sujeta el capó extendido.
  • Apriete los pernos del capó y las arandelas elásticas con la brida inferior del capó alineada con la plataforma de la válvula y las flechas del cuerpo y el capó apuntando de forma exacta.
  • Ajuste los niveles de par de apriete de los tornillos del bonete. Monte la tuerca de la llave en el vástago y añada el mango y la arandela dentada. La tuerca de la llave debe apretarse mientras se sujeta el mango. 
  • Coloque los asientos, las juntas del cuerpo y las juntas del asiento en el cuerpo de la válvula. Apriete los pernos del cuerpo al par de apriete. 
  • Deje que la válvula esté en posición abierta para purgar la línea. 

Reflexiones finales

Para transportar nitrógeno líquido de un lugar a otro se necesitan válvulas de control robustas y duraderas. Además, debe asegurarse de que la válvula sufra un desgaste mínimo durante la recogida. Además, debe ser compacta, rápida, precisa y muy fiable. Como usuario, debe asegurarse de que compra a un vendedor de renombre para que le garantice la calidad y el rendimiento.  Póngase en contacto con nosotros para obtener más información sobre las válvulas de nitrógeno.

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