Sistemas de suministro para gases especiales

Los gases suelen almacenarse a presión en recipientes apropiados, donde pueden encontrarse tanto en forma gaseosa como licuados a presión. En todos los casos, el empleo del sistema de suministro adecuado para usar los gases a la presión deseada reviste una importancia clave para la seguridad y la preservación de la pureza del gas. Control de la presión Aquí, la función principal del dispositivo de extracción se basa en la reducción de la presión del gas a la presión requerida en cada aplicación, para lo cual se instalan reguladores de presión. Estos se basan en el principio de equilibrio de las fuerzas que actúan en las válvulas cónicas, que son la presión del resorte de cierre y del recipiente p1, por un lado, y la presión del resorte de ajuste y la presión de salida p2, por otro. Mediante el tornillo de ajuste se puede regular la presión del resorte de ajuste y, con ello, la presión de salida deseada. El diafragma aísla herméticamente el compartimiento que contiene el gas de la atmósfera.

1) Resorte de cierre 2) Válvula cónica 3) Diafragma 4) Resorte de ajuste 5) Tornillo de ajuste

En este equilibrio de fuerzas, la presión de salida depende también de la presión de entrada. Esto significa que, al reducirse la presión de entrada, es decir, durante el vaciado de la botella de gas conectada, la presión de salida aumenta ligeramente si la regulación del tornillo de ajuste se mantiene sin cambio. Este efecto muchas veces no es aceptable. En el caso de un regulador de una etapa con un compensador de la presión de salida, la presión de salida depende mucho menos de la presión de entrada. Cuando los requisitos de presión constante resulten muy exigentes y/o las presiones de salida reducidas, es recomendable instalar un regulador de presión de dos etapas. De este modo, en la primera etapa se reduce la presión de entrada a un valor intermedio establecido por la fábrica (por ejemplo 20 bares) y en la segunda etapa se ajusta la presión de salida deseada. Los reguladores de presión de dos etapas consiguen evitar prácticamente por completo las variaciones de la presión de salida durante la disminución de la presión en la botella.

Tipo de gas Acetileno Amoníaco Argón Butano Cloro Ácido clorhídrico Óxido nitroso Etano Etileno (eteno) Óxido de etileno Flúor (en mezcla gaseosa < 10%) Helio Dióxido de carbono Monóxido de carbono Kriptón Metano Propano Gas de ensayo sin componentes Gas de ensayo con componentes Oxígeno Dióxido de azufre Nitrógeno Dióxido de nitrógeno Monóxido de nitrógeno Aire sintético Hidrógeno Xenón

Selección del sistema de suministro La selección del sistema de suministro adecuado depende esencialmente de los siguientes parámetros: • Tipo/ pureza del gas • Forma de suministro (botellas independientes/ suministro central de gas) • Presión máxima del recipiente/ presión de trabajo/ volumen en circulación • Requisitos especiales (presión constante, posibilidad de barrido, etc.) Selección del material El tipo de gas y su calidad determinan básicamente la selección del material para las instalaciones de suministro. Mientras que para aplicaciones técnicas con requisitos más bien reducidos de pureza de gas se pueden emplear siempre reguladores de latón con diafragmas de goma (gama de productos Spectrotec de Messer), en los compartimentos para gases especiales hay que evitar por principio el empleo de goma y otros materiales artificiales similares.

Fórmula

Presión (bar) 20°C

C 2H2 NH3 Ar C4H10 CI2 HCI N2O C 2H6 C 2H4 C2H4O F2 He CO2 CO Kr CH4 C 3H8 O2 SO2 N2 NO2 NO H2 Xe

18 8,6 200/300 2,1 6,8 42,6 50,6 37,6 1,5 200/300 57,3 200 200 200 8,4 máx 200 máx. 200 200/300 3,3 200/300 0,96 50,5 200/300 200/300 200

Propiedad Inf Inf T C I Inf TC TC O Inf Inf Inf T TC I I Inf T I Inf Inf C (T) O TC I TC TC O Inf I

Selección de material (Inf=Inflamable, T=Tóxico, I=Inerte, C=Corrosivo, O=Oxidante)

Spectro lab Spectrocem x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x

Para gases puros y mezclas no corrosivas hasta una pureza de 6.0 se recomienda el empleo de latón (cromado o niquelado) con diafragmas de metal (por ejemplo, acero fino o Hastelloy) y juntas de los materiales correspondientes (como vitón, PVDF o PCTFE). Las válvulas deben estar provistas de diafragma. La gama de productos Spectrolab de Messer cumple todos estos requisitos y se puede emplear para todos los gases puros y mezclas gaseosas no corrosivas. Para los gases corrosivos y mezclas inestables de baja concentración son siempre más apropiados los reguladores de acero fino. Por un lado, es necesario proteger al equipo de la corrosión, por otro, se evita, sobre todo en las mezclas gaseosas de baja concentración (del orden de ppb.), que la superficie absorba los componentes presentes en trazas y que la concentración del gas de ensayo varíe de forma decisiva. También en este caso es importante la información sobre el tipo de gas, pues los materiales de las juntas deben adaptarse a él. Todos los reguladores para este campo de aplicación están comprendidos en la gama de productos Spectrocem de Messer. Los reguladores especiales para aplicación en el campo médico se encuentran en nuestra gama Spectromed. Para los requisitos de calidad más extremos, como los del campo de los semiconductores, hemos desarrollado nuestros reguladores de la gama Spectropur. Rogamos nos consulte al respecto.

Reguladores de presión de botella Los reguladores de presión de botella se emplean fundamentalmente cuando sólo hay que alimentar un equipo y la botella se encuentra situada inmediatamente al lado del mismo. El regulador de presión se conecta directamente a una botella y reduce la presión al valor deseado. Tanto en la gama Spectrolab como en la gama Spectrocem, disponemos de reguladores de presión de una etapa, de dos etapas y con compensador de la presión de entrada (ver tabla). Todos los reguladores de presión están equipados con válvulas de escape para proteger los equipos apagados y con dos manómetros que muestran la presión de la botella y la presión de salida. Los indicadores de los manómetros se rigen por la escala de presiones seleccionada. Válvulas de extracción para botellas Para los gases licuados con poca presión de vapor puede no requerirse un regulador de presión. En estos casos, es posible obtener el gas mediante una válvula de extracción montada directamente sobre la válvula de la botella. La válvula de extracción para botellas Spectrocem RVE6 se puede emplear hasta una presión de 40 bares como máximo.

Forma de suministro: ¿Reguladores de presión de botellas o suministro central de gas? Con independencia del uso, se pueden distinguir dos formas de suministro básicas, el suministro mediante botellas independientes en el lugar de consumo con reguladores de presión o el suministro central de gas.

Suministro central de gas: la solución segura

Gama de productos

Presión delantera

Presión trasera

Reguladores para gases y mezclas de gases no corrosivos hasta pureza 6.0 Reguladores de presión de botella de una etapa máx. 300 bar 4/10/20/50/100/150/200 bar de una etapa máx. 300 bar 10/20/50/100 bar de una etapa con compensador máx. 230 bar 0,1 - 10 bar de una etapa con exact-technology máx. 300 bar 1,5/4/10/20 bar de dos etapas máx. 300 bar 1,5/4 bar Sistemas de suministro de gas Unidades de descompresión para una botella máx. 300 bar 10/20/50/100 bar para dos botellas, manual máx. 300 bar 10/20/50/100 bar con conmutación automática máx. 300 bar 10 bar con conmutación automática máx. 300 bar 20/50/100 bar Ampliación Punto de extracción máx. 40 bar 1,5/4/10/20 bar Punto de extracción máx. 40 bar 1,5/4/10/20 bar Accesorios Válvula dosificadora 40 bar sin regulador Regulador de presión (de una etapa) máx. 300 bar 1,5/4/10/20 bar Medidor de volumen 1,4/4 bar Reguladores para gases y mezclas de gases no corrosivos hasta pureza 6.0 Válvulas de extracción para botellas máx. 40 bar sin regulador

Producto

Spectrolab FM 51 Spectrolab FM 61 Spectrolab FM 45 Spectrolab FM 52 exact Spectrolab FM 62 Spectrolab BM 65-1 Spectrolab BM 65-2 Spectrolab BM 65-2U Spectrolab BM 65-2L Spectrolab BM 65-E Spectrolab EM 65 Spectrolab plus EM 55 Spectrolab V 6M Spectrolab LM 52 exact Spectrolab FLM 32

Spectrocem RVE6

Reguladores de presión de botella de una etapa con dispositivo de barrido de una etapa de una etapa con dispositivo de barrido de una etapa con compensador de una etapa con exact-technology

de dos etapas con dispositivo de barrido dispositivo de barrido y conexión Sistemas de suministro de gas Unidades de descompresión para una botella para dos botellas manual con conmutación automática unidades de descompresión con barrido

Ampliación Punto de extracción Punto de extracción Sistema de canalización/ accesorios Válvula dosificadora Regulador de presión (de una etapa) Medidor de volumen

máx. 25 bar máx. 25 bar máx. 300 bar máx. 200 bar máx. 200 bar máx. 230 bar máx. 300 bar máx. 200 bar máx. 200 bar máx. 200 bar

0,05 - 1,5 bar 0,05 - 1,5 bar

máx. 300 bar máx. 300 bar máx. 300 bar máx. 2 bar máx. 25 bar máx. 200 bar máx. 300 bar 40 bar 40 bar

10/20/50/100 bar 10/20/50/100 bar máx.13 bar sin regulador 1,5/4 bar 10 bar

40 bar/200

Spectrocem FE 121 Spectrocem FE 121 SP 4/10/20/50/100/150/200 bar Spectrocem FE 51 10/20/50/100 bar Spectrocem FE 61 10/20/50/100 bar Spectrocem FE 61 SP 0,1 - 10 bar Spectrocem FE 45 1,5/4/10/20 bar Spectrocem FE 52 exact 1,5/4 bar Spectrocem FE 62 1,5/4 bar Spectrocem FE 62 SP Spectrocem SBE/3

1,5/4/10/20 bar 1,5/4/10/20 bar

sin regulador máx. 300 bar 1,5/4/10/20 bar 1,4/4 bar

Spectrocem BE 65-1 Spectrocem BE 65-2 Spectrocem BE 65-2U Spectrocem SE 40 Spectrocem SE 120 Spectrocem SE 60 Spectrocem BE 65-E Spectrocem EE 65 Spectrolab Plus EE55 Spectrocem V 6E Spectrocem LE 52 exact Spectrocem FLE 32

Suministro central de gas Los recipientes de gas a presión deben colocarse en el exterior de los lugares de trabajo. Esto se logra con el suministro central de gas que consta de paneles de control de presión (rampas), tuberías y puntos de extracción en cada uno de los distintos lugares de consumo.

Existen rampas con conexión tanto a un único recipiente (botella independiente o grupo) como a dos recipientes en las gamas Spectrolab y Spectrocem.

Las ventajas fundamentales del suministro central de gas son: • Calidad: Equipos para gases de alta pureza con la limpieza requerida, control de fuga y válvulas para purga, que garantizan la preservación de la calidad del gas desde el origen hasta el punto de uso. • Fiabilidad: Un suministro ininterrumpido de gas se puede garantizar con rampas de cambio automático con alarma de baja presión. Reguladores de dos etapas (primera etapa en el panel de control de la botella, segunda etapa en el punto de extracción) garantizan una presión de trabajo estable en el punto de uso. • Costes: Las botellas en una ubicación centralizada disminuyen la manipulación. Las rampas aseguran un uso más eficiente de las botellas. Varios puntos de uso individuales se pueden reemplazar por un panel de control central. • Seguridad en el trabajo: Las botellas en los lugares de trabajos son siempre un riesgo de seguridad, se pueden caer y causar daños o heridas o, por ejemplo, pueden generar situaciones peligrosas en caso de incendio. Además las botellas ocupan mucho espacio dentro del laboratorio. Los recipientes de gas a presión se sitúan en un lugar, por ejemplo fuera del edificio o en una habitación separada, y se conectan a las llamadas rampas, las cuales ajustan la presión. Estas son unidades que constan de reguladores de presión, válvulas y soportes, y que están unidas, a través de cámaras de alta presión o espirales de acero fino, a una o varias botellas (grupos). La presión de la línea se ajusta según se necesite.

Rampa Spectrolab BM 65 - 2U

En los casos en que el gas se consume de forma continuada, se recomienda la conexión paralela de dos recipientes. El gas se extrae siempre de uno de los recipientes, mientras el otro está conectado y listo. En el caso más simple, la conmutación de un recipiente al siguiente se realiza de forma manual. No obstante, existen también opciones con conmutación automática entre los recipientes disponibles (véase tabla). Las rampas están equipadas con manómetros para medir la presión del recipiente y la presión de salida. Opcionalmente, existen también unidades con manómetro de contacto, que emiten una señal si la presión de una botella queda por debajo de la previamente ajustada. Esta señal puede producirse por un dispositivo de alerta de insuficiencia de gas.

Por medio de las extensiones se pueden conectar y vaciar varios recipientes a la vez. El gas es conducido a través de tuberías fijas hasta los puntos de uso que constan de una válvula de entrada y un regulador de presión para ajustar la presión de trabajo deseada por el usuario. El manómetro del que disponen muestra la presión de trabajo establecida. Para el montaje en muebles de laboratorio se han diseñado los puntos de extracción de la línea Spectrolab plus (véase información por separado). Gracias a la combinación de rampas y puntos de uso, los suministros centrales de gas poseen siempre dos etapas, pues la rampa representa la primera etapa de presión y el punto de uso, el segundo.

Puntos de uso Spectrolab EM 61 y Spectrolab plus EM 51

Para ello, todas las unidades de descompresión están equipadas con válvulas de gas de barrido. Los reguladores de presión de botella de la serie Spectrocem disponen de un dispositivo de barrido opcional. Los mejores resultados se obtienen con el émbolo de barrido independiente SBE/3, pues, mediante un capilar, limpia hasta la zona de la válvula de la botella con un gas de barrido diferente.

Barrido/purga Spectrocem SBE/3

Conexión de las botellas En cada cambio de botella se introduce un volumen concreto de aire del entorno en la pieza de conexión del sistema. Para evitar la contaminación del gas y del conjunto del sistema, es necesario limpiar la conexión antes de extraer gas nuevamente. En el caso de los gases no corrosivos, se puede realizar repetidamente un barrido de presurización con el propio gas. Si se trata de gases corrosivos o tóxicos o de mezclas gaseosas de baja concentración es recomendable usar un dispositivo de barrido especial con un gas distinto.

Messer Ibérica de Gases, S.A. Autovía Tarragona-Salou, km.3,8 E-43480 Vilaseca (Tarragona) Tel. +34 977 309 500 Fax +34 977 309 501 [email protected] www.messer.es