Las bombas criogénicas desempeñan un papel fundamental en la ingeniería criogénica, permitiendo el manejo y control de temperaturas extremadamente bajas en diversos campos de aplicación. En este artículo, exploraremos cómo funcionan y el papel que juegan en los equipos criogénicos.
Tabla de contenidos
- 1 ¿Qué son las bombas criogénicas?
- 2 ¿Cómo funcionan las bombas criogénicas?
- 3 Funcionamiento de las bombas criogénicas
- 4 Tipos de bombas criogénicas
- 5 Características de las bombas criogénicas
- 6 Usos de las bombas criogénicas
- 7 Innovaciones tecnológicas en bombas criogénicas
- 8 Avances recientes en el diseño y eficiencia de las bombas criogénicas
- 9 ¿Qué otros productos tenemos en Energuias?
¿Qué son las bombas criogénicas?
Las bombas criogénicas son dispositivos esenciales para generar y mantener vacíos extremadamente bajos en cámaras de vacío. Estas bombas aprovechan el efecto de condensación de gases y vapores sobre superficies frías, logrando así la eliminación de moléculas de gas del volumen en la cámara.
¿Cómo funcionan las bombas criogénicas?
La función de una bomba criogénica es aumentar la presión de un líquido criogénico entre un punto A y un punto B. Es eficaz dependiendo de los puntos de congelación y ebullición del gas, en relación con la de la bomba.
Funcionamiento de las bombas criogénicas
El funcionamiento de las bombas criogénicas depende del tipo de dispositivo con el que se trabaja:
- La bomba centrífuga criogénica transforma la energía mecánica de un impulsor o rodete en energía cinética o de presión de un líquido criogénico. Por ello, se la conoce también como receptora o generadora. Su funcionamiento es muy sencillo: mediante un inductor, el líquido es llevado a la entrada del rodete o impulsor. Aquí, y a través de unos a la vez, se dirige el fluido que, gracias a la fuerza centrífuga, se expulsa al exterior.
- Las bombas de pistón, comprimen el líquido mediante el movimiento de este elemento. Son volumétricas y se usan para mover fluidos a alta presión. Su funcionamiento se basa en que el movimiento del pistón desaloja siempre un volumen de fluido, que equivale al que ocupa el mismo pistón durante la carrera del mismo.
Tipos de bombas criogénicas
Existen varios tipos de bombas criogénicas, cada una con sus propias características y principios de refrigeración:
Criostatos de baño:
Estas bombas utilizan superficies refrigeradas con nitrógeno líquido (LN2) para condensar gases como el agua y el CO2. A aproximadamente 10 K, pueden condensar la mayoría de los gases, excepto el helio y el neón.
Bombas criogénicas de circulación continua:
Diseñadas como intercambiadores de calor, estas bombas utilizan helio líquido que se evapora en el intercambiador de calor, enfriando la superficie fría y permitiendo el bombeo del gas de desecho en un segundo intercambiador.
Bombas criogénicas refrigeradoras:
Estas bombas se utilizan para aplicaciones de vacío a demanda. Utilizan diferentes ciclos termodinámicos que consumen helio como refrigerante, como el proceso de Gifford-McMahon, el proceso de Stirling, el proceso de Brayton y el proceso de Claude.
Características de las bombas criogénicas
Cada tipo de las bombas criogénicas cuentan con una estructura diferente, que determina el paso del fluido. Por lo tanto, es necesario conocer sus diferentes partes.
Partes de las bombas criogénicas
Las bombas criogénicas centrífugas están formadas por:
- Inductor, que envía el fluido hacia el rodete
- Impulsor o rodete, con una serie de álabes que giran dentro de una carcasa circular, van unidos al eje
- Carcasa, capa superficial de materiales inoxidables, que protege al resto de elementos
- Sello (mecánico, de gas seco o labirinto), que una vez enfriado evita filtraciones del líquido entre el eje y la carcasa.
- Eje, barra de sección circular que se fija rígidamente sobre el impulsor y le transmite la fuerza del motor.
Es muy importante que, para su buen funcionamiento, se lleve a cabo un mantenimiento regular del motor eléctrico.
Por otra parte, las bombas criogénicas de pistón cuentan con:
- Una parte fría, que contiene el pistón y aspira e impulsa el líquido
- Una parte mecánica, que transforma el movimiento rotatorio del motor en el movimiento de vaivén del pistón.
- El motor eléctrico, que genera movimiento y se instala en un antipulsatorio que transforma el flujo discontinuo de la bomba en flujo continuo antes que el líquido llegue al vaporizador.
Usos de las bombas criogénicas
Los fabricantes de bombas criogénicas diseñan estos dispositivos para poner en marcha distintos procesos que involucren gases industriales en estado puro o en forma de mezclas.
Se emplean para dar suministro de Gas Natural Licuado (GNL) y gases industriales licuados (LIN (nitrógeno líquido), LOX (oxígeno líquido), LAR (argón líquido), med-LOX), CO2 líquido, hidrógeno líquido, helio
También se usan para la compresión de líquidos criogénicos, ya que son una herramienta idónea para transferir gases licuados a una diversidad de aplicaciones industriales, como en el proceso de regasificación de gas natural en estaciones de suministro y repostaje de vehículos pesados. Igualmente, se emplean en varios procesos industriales, como secadoras, calderas, tratamientos térmicos, hornos rotatorios u hornos para la producción de papel, metal, productos químicos, petróleo, piedra, arcilla, vidrio, ropa y alimentos.
Innovaciones tecnológicas en bombas criogénicas
En la búsqueda de mejorar la eficiencia y rendimiento de las bombas criogénicas, se han realizado importantes innovaciones tecnológicas. Entre ellas se destacan:
- El desarrollo de cabezas de enfriamiento de dos etapas conforme al proceso de Gifford-McMahon, permitiendo temperaturas de enfriamiento más bajas y la separación de componentes, lo que lleva a fuentes de frío más compactas y con menor vibración.
- La inclusión de carbón activado en los paneles criogénicos, permitiendo bombear gases que no se condensan fácilmente mediante criosorción.
Avances recientes en el diseño y eficiencia de las bombas criogénicas
En la ingeniería criogénica se han logrado importantes avances en el diseño y eficiencia de las bombas criogénicas refrigeradoras. Estas bombas ofrecen una mayor flexibilidad y eficiencia en la generación de vacío, lo que es fundamental para muchas aplicaciones industriales y científicas que requieren trabajar a temperaturas extremadamente bajas. Además, estas bombas permiten el transporte de gas de petróleo licuado y gas natural licuado (GNL) a temperaturas extremadamente bajas.
El uso de bombas criogénicas es crucial para la industria del gas natural licuado, donde se necesitan para transferir el GNL desde camiones cisterna hasta los depósitos en las estaciones de repostaje. Vanzetti Engineering, una empresa italiana especializada en el diseño y fabricación de bombas criogénicas para GNL y gases industriales, ha lanzado una nueva serie de bombas criogénicas centrífugas llamada serie HDM. Estas nuevas bombas tienen un motor hidráulico acoplado directamente, lo que permite reducir costos sin sacrificar el rendimiento. Además, son más ligeras y ocupan menos espacio, lo que las convierte en una solución ideal para el llenado y vaciado de remolques de carretera, almacenamiento y contenedores aislados, operaciones de proceso y respaldo en aplicaciones de la industria petroquímica, y aplicaciones especiales con diferentes alturas y caudales según las necesidades del cliente.
¿Qué otros productos tenemos en Energuias?
En Energuias somos especialistas en las soluciones que necesitas en tu hogar o en la industria criogénica. Contamos con una variedad de equipos para todas las necesidades como:
