¿Por qué los gases licuados y comprimidos se almacenan en cilindros? Tipos de recipientes + reglas de operación

Esté de acuerdo, el combustible azul es muy cómodo de usar y no cuesta caro. Su popularidad se ve reforzada por la seguridad ambiental y la disponibilidad casi universal. Pero, ¿alguna vez se ha preguntado seriamente por qué los gases comprimidos se almacenan en cilindros especiales y cómo afecta esto a su seguridad?

En el artículo que presentamos, usted encontrará respuestas detalladas y técnicamente fundamentadas a estas preguntas. Le explicaremos en qué se diferencia el medio gaseoso licuado del equivalente comprimido. Le presentaremos las características técnicas de los recipientes para gas, las reglas para su llenado y transporte.

¿Por qué se comprimen los gases y cómo afecta esto a los cilindros?

En estado gaseoso, las sustancias no tienen una forma definida, a diferencia de los sólidos. Solo se pueden almacenar y transportar en recipientes herméticos.

Pero debido a la baja densidad, incluso una cantidad pequeña de gas en masa ocupa un gran volumen. Por ejemplo, para transportar solo 26,9 kg de propano en su estado gaseoso normal, se necesitaría un recipiente enorme con un volumen de aproximadamente 14 000 litros.

El propano y el butano son los gases más demandados en el ámbito doméstico y de servicios públicos. Se obtienen durante el procesamiento del petróleo o se extraen del petróleo durante su extracción, por ejemplo, mediante la tecnología de fracturación hidráulica (fracking).

El problema se resuelve comprimiendo el gas mediante la aplicación de presión externa. Como resultado, su densidad aumenta y el volumen disminuye. Después de la compresión, los mismos 26,9 kg de propano caben en un recipiente de 50 litros.

Al comprimirse, gases como el propano, butano, amoníaco, cloro y dióxido de carbono pasan a estado líquido, por lo que se denominan licuados. El oxígeno, argón y metano permanecen en estado gaseoso y se denominan gases comprimidos.

Aquí es necesario aclarar que se puede convertir cualquier gas en líquido mediante compresión, pero la fuerza de presión debe ser mayor y la temperatura significativamente inferior a la temperatura normal del aire.

Para gases comprimidos y licuados, los envases ordinarios no son adecuados. Al tender a expandirse, el gas los destruye rápidamente y se libera, lo que conlleva explosiones, incendios, intoxicaciones y pérdidas económicas. Por eso se utilizan recipientes especiales bajo presión interna excesiva, más conocidos como cilindros de gas.

Características estructurales de los cilindros de gas

Los requisitos de construcción de los cilindros de gas, incluyendo dimensiones y espesor de paredes, son determinados por las normas técnicas estatales. Cuanto mayor sea la presión aplicada para comprimir el gas, más resistente debe ser el recipiente.

Los cuerpos de los recipientes para metano comprimido, utilizado como combustible para motores de combustión interna, no tienen soldaduras y consisten en una envoltura metálica y otra compuesta. Están diseñados para una presión de hasta 245 kg/cm².

El oxígeno y el argón se utilizan para trabajos de soldadura. Los cilindros para estos se fabrican según GOST 949-73. El material es acero al carbono o acero aleado. Con un volumen de 20-50 litros, los recipientes de acero aleado con paredes de 6 mm de espesor pueden soportar una presión interna de hasta 19,6 MPa.

Según la norma adoptada, están pintados exteriormente con esmalte de color azul y llevan en el cuerpo una inscripción negra que dice "oxígeno". Los recipientes para argón son grises con una inscripción verde que dice "argón puro".

Los cilindros de acero soldados para gas licuado de petróleo se fabrican según GOST y cumplen con los requisitos de seguridad establecidos.

El propano, butano y sus mezclas se almacenan a una presión de 1,6 MPa en cilindros de acero soldados de color rojo. Dado que este gas es ampliamente utilizado para aplicaciones domésticas e industriales, vale la pena examinar con más detalle las características de su almacenamiento y transporte, así como las normas de seguridad durante la recarga de los cilindros.

Aplicación del propano-butano licuado

El propano-butano técnico (PBT), según lo clasifica GOST R 52087-2018, pertenece a la categoría de gases licuados de petróleo (GLP). Se obtiene durante el procesamiento del petróleo. Para que el PBT pase al estado líquido, basta con un aumento de presión relativamente pequeño. No se requiere reducción de temperatura.

A temperatura ambiente normal, una reducción de presión provoca la vaporización del PBT y su paso a la fase de vapor. Al llenar los cilindros, en ellos se forma un sistema bifásico compuesto simultáneamente por gas licuado y su vapor.

Esta propiedad es una ventaja frente a otros tipos de gases combustibles: la mezcla de propano-butano se almacena y transporta como líquido, en recipientes compactos; y se utiliza directamente como gas, sin transformaciones adicionales, lo que proporciona comodidades adicionales al consumidor.

El gas licuado de petróleo en cilindros se entrega a los consumidores en vehículos especializados, cumpliendo obligatoriamente las normas de manipulación de mercancías peligrosas.

En cilindros de volumen idéntico, cabe casi el doble de propano-butano licuado que de metano comprimido. En cuanto a la liberación de calor, el propano-butano licuado también supera al metano comprimido en la misma cantidad volumétrica.

Debido a la menor cantidad de metal, los cilindros para PBT pesan menos. Todo esto reduce el costo de transporte, disminuye el número de entregas y hace que el uso de la mezcla de propano-butano en aplicaciones domésticas e industriales sea económicamente justificado.

El PBT es demandado en localidades sin acceso a gasoductos principales. Para cocinar, calentar agua y fluidos térmicos en sistemas de calefacción, es utilizado por viviendas particulares, establecimientos de restauración y comercio, explotaciones agrícolas y centros vacacionales.

Cilindros para la mezcla de propano-butano

El PBT se encuentra en cilindros a una presión decenas de veces menor que la requerida para almacenar gases comprimidos. Esto simplifica la tecnología de fabricación y reduce la cantidad de metal. Sin embargo, también se les imponen requisitos estrictos.

Para la mezcla de propano-butano están destinados cilindros de acero soldados de 5, 12, 27 y 50 litros, diseñados para una presión interna de hasta 1,6 MPa.

También es posible almacenarlos en cilindros de material compuesto, diseñados para 2,0 MPa. La construcción, forma y dimensiones de cada pieza del cilindro están determinadas por normas técnicas estatales.

Como alternativa a los cilindros de acero tradicionales han surgido cilindros más nuevos de materiales compuestos, con una vida útil de 20 años y un período de pruebas de 5 años.

Según GOST 15860-84, el elemento cilíndrico del cilindro (cuerpo), su fondo y los anillos de apoyo se fabrican de aceros de alta resistencia. La superficie debe estar libre de grietas, cavidades y otros defectos que reduzcan el espesor de las paredes.

El fondo se fabrica mediante estampación en caliente o en frío. Los elementos se unen entre sí mediante soldadura. Los dispositivos de cierre se instalan en el cuello del cilindro. Para el sellado completo de la unión se emplea litargirio o mínio de plomo.

Las cubiertas protectoras pueden ser de acero o hierro fundido, con conexión roscada o sin rosca. El principal requisito es la capacidad de proporcionar una protección confiable del dispositivo de cierre.

El cilindro ensamblado debe ser:

• resistente;
• hermético;
• sin deformaciones.

Externamente, el cilindro se pinta con esmalte rojo resistente a la intemperie. El nombre del contenido «Propano» se escribe con esmalte blanco en el centro de la parte cilíndrica del cuerpo. El incumplimiento de la inscripción y el color con respecto a la norma establecida es motivo para rechazar el cilindro.

Cada cilindro en el collarín o cuello debe tener una placa de identificación que indique el fabricante, la fecha de fabricación y pruebas, y las características técnicas.

Según GOST R 55559-2013, un cilindro compuesto consta de una envoltura interna de sellado (liner), sobre la cual se enrolla material compuesto. Se permiten otras soluciones técnicas. El color del cilindro compuesto también es rojo.

El cilindro está equipado con válvulas de cierre y seguridad, incluyendo dispositivos de seguridad contra sobrepresión y aumento de temperatura, lo que mejora su seguridad.

Al utilizar cilindros compuestos, es necesario considerar el principio de funcionamiento de los dispositivos de seguridad. Si el cilindro se llena en exceso o el gas se expande debido al aumento de temperatura, el exceso se expulsa al exterior. Esto puede provocar un aumento de la concentración de gas en la habitación donde se encuentra el cilindro.

Un sensor de fuga con alarma sonora, que se fija en la pared de la cocina u otra habitación con suministro de gas, ayudará a evitar que la concentración de gas supere los niveles permitidos.

Antes de enviar los cilindros para la venta, los fabricantes realizan pruebas de aceptación. Posteriormente, tanto los cilindros de acero como los compuestos deben someterse a una inspección técnica cada 5 años.

Cada cilindro se suministra con un pasaporte que indica sus características técnicas y las fechas de las inspecciones técnicas.

Propiedades del propano-butano y medidas de seguridad

Las propiedades físicas y químicas de los gases determinan no solo los requisitos de diseño de los cilindros, sino también las medidas de seguridad durante su llenado, transporte y uso.

El aumento de la temperatura exterior provoca la expansión de la fracción líquida de propano-butano, por lo que se permite llenar los cilindros hasta un máximo del 85% de su volumen. Por ejemplo, un cilindro de 50 litros, que teóricamente contiene 26,9 kg de propano-butano licuado, después de la carga realmente contiene alrededor de 21 kg. El espacio libre se llena con la fase de vapor.

Los límites inferiores de explosividad del propano y el butano son respectivamente del 2,3% y 1,9% del volumen de la habitación, lo que hace que sus mezclas con aire sean extremadamente explosivas. Los consumidores y el personal de las estaciones de llenado de gas deben evitar la formación de concentraciones explosivas y fuentes de ignición del GLP.

Llenar un cilindro de GLP más del 85% conlleva riesgo de explosión e incendio, especialmente alto en el período otoño-invierno.

Las mezclas de propano-butano son más pesadas que el aire y, incluso con pequeñas fugas, pueden acumularse en sótanos y plantas bajas en concentraciones peligrosas. De ahí la prohibición de instalar equipos de gas en dichos espacios.

Ralle jabón de lavar en un rallador, añada agua, espume con un pincel y aplique la solución jabonosa en la zona problemática: la aparición de burbujas indica una fuga de gas.

El propano-butano, al igual que el dióxido de carbono, ejerce sobre las personas y los animales no un efecto venenoso, sino asfixiante cuando la concentración de oxígeno en el aire disminuye al 19%. Esto puede provocar un deterioro de la salud humana e incluso la muerte. El PBT no tiene olor, por lo que se le añaden odorantes que ayudan a detectar su presencia en el aire.

El incumplimiento de las medidas de seguridad provoca situaciones de emergencia debido a una fuga de gas y su ignición. También es posible una liberación y explosión de gas con la destrucción del cilindro.

Reglas para el llenado de cilindros de gas domésticos

El llenado se realiza en estaciones especialmente equipadas con pesaje automático obligatorio y corte de gas mediante dosificador. Esto permite controlar el nivel de llenado con alta precisión.

No se permiten cilindros para llenado en los siguientes casos:

• válvula o llave defectuosa;
• falta presión residual;
• el período de inspección ha caducado;
• hay defectos en la superficie;
• el marcado y la pintura no cumplen con GOST.

En las estaciones de servicio de gas para automóviles que no tengan una licencia independiente y el equipo adecuado, está prohibido llenar cilindros domésticos a nivel legislativo.

El equipo de las estaciones de gas para automóviles está diseñado solo para cilindros de automóviles equipados con cortadores (válvulas múltiples), que no permiten un llenado por encima de la norma.

Para el llenado de cilindros de gas domésticos se requiere un equipo especial, que difiere del equipamiento de una estación de gas para automóviles común.

Hay que recordar: si a temperaturas bajo cero se llena un cilindro con propano-butano más del 85% y luego se introduce en un ambiente cálido, es posible una explosión.

Al moverlos, los cilindros se protegen de caídas y golpes, no se voltean con las tapas hacia abajo. La carga y descarga del vehículo se realiza con el motor apagado.

Seguridad de la calefacción y el suministro de agua caliente con gas de cilindro

En ausencia de acceso al suministro centralizado de gas, se puede utilizar gas licuado como combustible para sistemas de calefacción autónomos y calentadores de agua. Es más barato que la electricidad. A diferencia de la leña, el carbón o el diésel, no contamina el aire con productos sólidos de combustión, por lo que es más ecológico.

En lugar de cilindros, en viviendas particulares se pueden utilizar tanques de gas con capacidad de hasta 20000 litros, si no surgen problemas con su llenado.

Al organizar un sistema de calefacción y suministro de agua caliente con GLP, es necesario considerar los requisitos de SNiP 42-01-2002.

Además de los cilindros (50 l), se utiliza el siguiente equipo:

• caldera de gas;
• reductores;
• válvulas de cierre;
• componentes del gasoducto;
• radiadores.

La caldera puede ser de uno o dos circuitos, pero debe tener un quemador para gas licuado. Si el gas envasado es una solución temporal y se planea conectar la casa al suministro centralizado de gas, es racional comprar una caldera para gas de red y equipo adicional para GLP. Una caldera de dos circuitos proporcionará simultáneamente agua caliente sanitaria (ACS) y calefacción de los espacios.

Es posible instalar una caldera de condensación de alta eficiencia, equipada con dos intercambiadores de calor para calentar el fluido caloportador y el agua caliente sanitaria. En dicha caldera, el vapor de agua generado durante la combustión del gas se transforma en líquido, lo que permite obtener energía térmica adicional.

La potencia de la caldera se elige en función de la superficie del espacio a calefaccionar y se da preferencia a modelos con un mayor rendimiento.

A las calderas de gas se conectan varias botellas de gas, lo que aumenta el volumen total de gas y prolonga el intervalo entre recargas.

Se utilizan simultáneamente varias botellas de 50 litros, las más grandes, unidas en una sola batería. Las botellas se colocan en armarios metálicos ventilados en el exterior, en el lado norte de la casa, para evitar el calentamiento por radiación solar. Otra opción – una habitación no residencial independiente.

Para que la presión en el sistema no disminuya durante heladas intensas, los armarios deben aislarse con materiales no inflamables, y en la habitación se debe proporcionar una calefacción mínima.

Es importante asegurarse de que la distancia a la caldera sea de al menos 2 metros y que el equipo tenga libre acceso para inspección. Cerca del equipo de gas no debe haber pozos de drenaje, sótanos, bodegas, zanjas. La gasificación de sótanos y semisótanos está prohibida.

Los cilindros se conectan al gasoducto a través de un regulador de gas, que permite ajustar la presión del gas durante su extracción. Puede ser individual para cada cilindro o común para todos.

El color del regulador debe coincidir con el color de la botella, es decir, debe ser rojo (para propano-butano). No se debe permitir que se obstruya, de lo contrario la presión puede aumentar y el equipo puede fallar. Una vez por semana se verifica el regulador para detectar fugas y el funcionamiento de la válvula de seguridad.

Al unir las botellas en una sola batería, es racional usar una rampa para estabilizar la presión, compuesta por un módulo de conexión, regulador, filtro, válvula, estabilizador.

Para crear el gasoducto se utilizan tuberías de acero con paredes de espesor no menor a 2 mm. La sección de la tubería que atraviesa la pared se coloca en un manguito protector. Para la conexión al gasoducto de la caldera de calefacción se puede usar un conducto flexible. El regulador se conecta al gasoducto mediante una manguera de goma.

Sobre qué mezcla de gas es mejor usar para almacenar en el gasómetro, está escrito detalladamente en el siguiente artículo, que recomendamos leer.

GLP para calentar agua

Los calentadores instantáneos y los calentadores de agua a gas de acumulación (calderas), así como las calderas de calefacción, pueden funcionar con propano-butano. La conversión de gas natural a gas licuado también se realiza reemplazando los inyectores del quemador. Hay modelos disponibles comercialmente que el fabricante ha equipado con juegos para GLP. La conexión a los cilindros de gas se realiza a través de un regulador.

El calentador se instala en una habitación no residencial con ventilación y extractor. La distancia mínima desde el calentador de gas hasta los objetos circundantes está determinada por las normativas y debe cumplirse por razones de seguridad. Está prohibida su instalación en el cuarto de baño.

Dotar a los calentadores y calderas de agua de dispositivos de control y regulación automáticos aumenta su eficiencia y seguridad. Los modelos modernos cuentan con sistemas de protección contra sobrecalentamiento y contra encendido sin agua, así como control de presencia de llama. La pantalla LED muestra información importante, como la temperatura del agua que llega a los grifos.

Conclusiones y video útil sobre el tema

Verificación de la bombona de gas en cuanto a seguridad, vida útil y rechazo:

Causas de la caída de presión del gas en el sistema a -42°C y métodos para combatir la congelación de las bombonas de gas:

Después de la compresión, el gas de hidrocarburo se encuentra en la bombona a presión elevada y puede expandirse bruscamente al aumentar la temperatura.

Cumplir con las normas de seguridad y utilizar bombonas de gas que cumplan con los estándares establecidos ayuda a evitar situaciones de emergencia y a utilizar eficientemente el combustible azul para cocinar, calentar espacios y suministrar agua caliente en casas particulares.

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