David Gailey

Bajo ciertas condiciones, los usuarios de gas de dióxido de carbono (de cilindros de alta presión), experimentan problemas de "congelación" en las válvulas, reguladores y otros equipos de gas comprimido. El término "congelación" se refiere a que un regulador de presión se obstruye con nieve o cristales de hielo seco, que restringen el flujo de gas a través del regulador u otra válvula de control de presión. A continuación se explica este fenómeno con el fin de ayudar a los usuarios a evitar problemas en los sistemas de distribución de CO2.

Por qué ocurre esto
Cuando el gas CO2 de alta presión se expande a través del asiento de un regulador u otro orificio de control de flujo, aparece aguas abajo del orificio en el lado de baja presión del regulador como una mezcla de gas con CO2 sólido (nieve) o líquido. Si la presión aguas abajo es inferior a 60 PSIG, la mezcla es gas y nieve; por encima de 60 PSIG, la mezcla es gas y líquido.

La cantidad de sólido (nieve) o líquido puede variar desde el 0%, a presiones de entrada inferiores a 800 PSI cuando la botella está fría, hasta más del 20% en condiciones de congelación severa cuando la presión es superior a 1100 PSI, resultante de una botella caliente.  Al contrario de lo que cabría esperar, la condición de congelación más grave con el CO2 se da en días cálidos cuando una botella llena está a 90 °F o más y la presión de la botella es de al menos 1100 psig. A temperatura ambiente normal, y con presiones de botella llena de 700-900 psig, el problema existe, pero no es tan grave como en las condiciones anteriores.

El CO2 sólido no puede formarse a presiones superiores a 60 psig. Se produce cuando el gas sufre la caída de presión en la válvula reguladora desde la presión de entrada hasta una presión de entrega inferior a 60 psig, emergiendo como una mezcla de CO2 gaseoso y sólido a una temperatura en el rango de -70°F a 60 psig a -100°F a las presiones más bajas. En las condiciones de congelación más severas, un porcentaje significativo de la mezcla puede ser sólido, y en esas condiciones, se necesitarían unos 200 vatios de calor /100 scfh de CO2 para vaporizar el sólido y elevar el gas a la temperatura ambiente

Por qué Utilizar un Regulador Calentado
Los reguladores de gas comprimido normalmente funcionan en un rango de presiones de suministro por encima y por debajo de 60 psig.  Los reguladores sin calefacción, que funcionan a presiones de suministro inferiores a 60 psig, están por tanto sujetos a la clásica congelación con CO2 sólido. La nieve de CO2 y las partículas de hielo seco pueden pasar a través de un regulador si la salida está completamente abierta.  Si se utiliza un orificio o una válvula de control de flujo, se necesita un filtro para evitar que las partículas sólidas de CO2 obstruyan el orificio; y esto puede hacer que la cámara de baja presión del regulador se llene completamente de CO2 sólido. La gravedad del problema depende del caudal de CO2, de las condiciones de entrada, del ciclo de trabajo (porcentaje de tiempo que el gas está fluyendo) y del tamaño del regulador.

Los reguladores pequeños de una etapa están limitados a caudales bajos y/o ciclos de trabajo bajos. Los reguladores de una etapa más grandes pueden transferir más calor para vaporizar el CO2 sólido acumulado en el interior del regulador, que puede manejar un flujo más intermitente, sin embargo, en servicio continuo, todavía puede experimentar la condición de congelación.  Los reguladores de dos etapas no calefactados, que funcionan a presiones de suministro inferiores a 60 psig, muestran más resistencia a la congelación que los reguladores de una sola etapa porque el CO2 de la primera etapa está en la fase líquido-gas (por encima de 60 psig), que absorbe el calor más fácilmente del cuerpo del regulador que el CO2 sólido; y cualquier líquido vaporizado en la primera etapa reduce los sólidos que pueden formarse en la segunda etapa.

Los reguladores sin calefacción, aunque eviten el clásico problema de la congelación, no pueden evitar el efecto refrigerante del CO2. Cuando la presión cae en la válvula del regulador, la temperatura del CO2 desciende bruscamente hasta los niveles indicados anteriormente, y a caudales normales, la escarcha puede cubrir todo el regulador y extenderse al sistema aguas abajo.  Esta escarcha es el resultado de la humedad del aire que se congela y se acumula en la superficie exterior.  No está relacionada con los efectos del CO2 descritos aquí y normalmente no tiene ningún efecto sobre el rendimiento de la válvula.

La Solución
Los reguladores calentados pueden aliviar o eliminar los problemas de congelación. El nuevo modelo HP 705 de Harris tiene 200 vatios de calor para proporcionar 100 scfh continuos de CO2 en las condiciones de congelación más severas y caudales más altos en condiciones normales (intermitentes). Los reguladores son de dos etapas, para incluir las ventajas de los reguladores de dos etapas comentadas anteriormente. La cavidad de la primera etapa sirve como caldera para vaporizar el líquido de CO2 y eliminar o minimizar cualquier sólido de CO2 en la segunda etapa. La cámara de la segunda etapa está entonces disponible para calentar el vapor de CO2 antes de que llegue a la salida.

David Gailey es el director de Productos Especiales de The Harris Products Group, A Lincoln Electric Co. Lleva 27 años en Harris y fue presidente del Comité de Aparatos de Gas Industrial de la CGA.