El almacenamiento de nitrógeno líquido de forma segura juega un papel clave en la disponibilidad de esta sustancia. Presente en una amplia variedad de industrias, el nitrógeno líquido es hoy un elemento necesario para multitud de productos que ya forman parte del día a día.
El nitrógeno líquido es, básicamente, nitrógeno que ha sido enfriado hasta pasar del estado gaseoso al líquido. En este estado, presenta propiedades únicas de las que se derivan los usos del nitrógeno líquido en multitud de sectores, y que van desde la industria alimentaria a la medicina.
Sin embargo, para poder acceder a estas propiedades, es necesario un almacenamiento de nitrógeno líquido preciso, que evite los potenciales riesgos específicos de esta sustancia, a la par que logre la máxima eficiencia, evitando el despilfarro de recursos.
Por ello, en este artículo compartimos más sobre el LN₂ y las claves para diseñar un sistema de almacenamiento de nitrógeno líquido seguro.
¿Qué es el nitrógeno líquido?
A temperatura ambiente, el nitrógeno se presenta como un gas incoloro e inodoro que constituye aproximadamente el 78% de la atmósfera terrestre. Sometido a temperaturas inferiores a -195,8 °C, aparece el nitrógeno líquido, cuya obtención pasa por diseñar un proceso de licuefacción en el que intervienen tácticas de compresión y refrigeración.
De quedar de nuevo en contacto con temperatura ambiente, el nitrógeno líquido se evapora rápidamente. Esta particularidad respecto a la temperatura del nitrógeno líquido es la que está detrás de algunas de las necesidades clave a la hora de diseñar sistemas de almacenamiento criogénico de nitrógeno líquido.
Igualmente, es preciso comprender que el nitrógeno presenta una densidad mucho mayor en su forma líquida (en comparación con la gaseosa). Esto permite almacenar grandes cantidades de esta sustancia en un volumen relativamente pequeño.
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Principales usos del nitrógeno líquido
La temperatura extremadamente baja del nitrógeno líquido permite que esta sustancia pueda ser utilizada para congelar una amplia variedad de materias mediante el contacto.
Esta propiedad está detrás de la variedad de usos del LN₂ como recurso, destacando:
- Entre sus aplicaciones industriales, se incluye el tratamiento de metales y otros materiales para mejorar su resistencia.
- En la industria alimentaria, se utiliza para generar procesos de ultracongelación, que prolongan la vida útil de los alimentos a la par que preservan su calidad. Esto se debe a que se produce una congelación extremadamente rápida, generando cristales de menor tamaño que procesos de congelación más lentos.
- En medicina, se emplea para congelar y conservar muestras biológicas. También es fundamental en el desarrollo de crioterapias, que se basan en el tratamiento de ciertas enfermedades a través de la congelación de tejidos.
- Supone un recurso fundamental en laboratorios y centros de investigación, ya que permite generar condiciones de baja temperatura imprescindibles para algunos experimentos.
- Como parte del sector tecnológico, es útil para la fabricación de componentes como microprocesadores o LEDs, entre otros.
Importancia de un almacenamiento de nitrógeno líquido adecuado
Aprovechar todos los beneficios y oportunidades que genera el LN₂ pasa necesariamente por diseñar un sistema de almacenamiento de nitrógeno líquido seguro y eficiente.
Así, el nitrógeno líquido presenta riesgos específicos a los que hay que atender tanto en su almacenamiento como durante su manejo, incluyendo:
- Quemaduras: el contacto directo con nitrógeno líquido puede causar congelación en la piel y tejidos internos. Daños que pueden ser severos, similares a las quemaduras por frío, e incluso causar la pérdida de tejidos.
- Riesgo de asfixia: el nitrógeno líquido es capaz de desplazar el oxígeno de la atmósfera, por lo que puede crear riesgo de asfixia en caso de producirse una fuga en un espacio cerrado.
- Explosión: de producirse una fuga y entrar en contacto con la temperatura ambiente, el nitrógeno líquido se expande unas 700 veces su volumen original. Un escenario que, en zonas cerradas y sin ventilar, puede provocar riesgo de explosión.
- Incendio: en caso de fuga, el nitrógeno líquido puede provocar el enfriamiento del aire circundante, llegando a condensar el oxígeno y aumentando, en consecuencia, el riesgo de incendios o explosiones.
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Por estas razones, el almacenamiento de nitrógeno líquido debe tener en cuenta las siguientes premisas básicas:
- Estar diseñado para mantener las temperaturas extremadamente bajas necesarias para que el LN₂ conserve su forma líquida.
- Contar con válvulas para evitar el riesgo de una presión excesiva.
Estos sistemas, a su vez, deben estar acompañados de una serie de procedimientos de seguridad y mantenimiento, como explicamos más abajo.
¿Dónde se debe almacenar nitrógeno líquido?
Mantener la temperatura del nitrógeno líquido se alza como una de las necesidades clave a la hora de elegir el sistema de almacenamiento. Solo manteniendo la temperatura adecuada en todo momento es posible garantizar la calidad del nitrógeno y su uso seguro y eficiente.
Por ello, el tanque criogénico debe ser capaz de minimizar las posibles transferencias de calor con el entorno, que supondrían una pérdida de energía térmica con los costes económicos adicionales que eso implica.
Dentro de las opciones de almacenamiento capacitadas para cumplir esta tarea, existen dos grandes categorías de sistemas:
Dewar de nitrógeno líquido
Un dewar de nitrógeno líquido es un tipo de sistema de almacenamiento diseñado para mantener temperaturas extremadamente bajas.
Desarrollado por primera vez en el siglo XIX, ha evolucionado para convertirse en un componente clave de los sistemas de almacenamiento criogénico actuales. Su premisa básica es la siguiente: el recipiente cuenta con una doble pared y un vacío entre las dos paredes, que actúa como aislante y reduce las transferencias de calor, minimizando la evaporación del nitrógeno líquido. Un sistema que puede ser complementado añadiendo materiales reflectantes, y que está disponible en diversos tamaños.
El dewar se concibe como una de las opciones más versátiles para el almacenamiento de nitrógeno líquido, ya que está disponible en diversos tamaños, empezando desde el dewar de pequeña escala hasta recipientes de volúmenes mayores.
Tanques criogénicos y su tecnología
Los tanques criogénicos son otra de las opciones de almacenamiento de nitrógeno líquido. En este caso, se trata de sistemas concebidos para contener grandes volúmenes de esta sustancia, útiles para aplicaciones en las que es preciso un suministro grande y constante de LN₂.
Su estructura básica se divide en las siguientes partes:
- Recipiente interior de acero inoxidable, capaz de soportar las temperaturas criogénicas necesarias para el nitrógeno líquido
- Recipiente exterior de acero de carbono
- Materiales aislantes que dividen ambos recipientes
- Sistema de regulación de presión, que garantiza una presión constante en el tanque
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Medidas de seguridad en el almacenamiento de nitrógeno líquido
Sistemas de ventilación y control de presión
En vistas a evitar los riesgos que hemos delineado más arriba, cualquier protocolo que busque optimizar la seguridad en el almacenamiento de nitrógeno líquido debe integrar:
- Sistemas de ventilación. Se ocupan de evitar que, en caso de fugas, el nitrógeno desplace al oxígeno y provoque peligro de asfixia.
- Válvulas de alivio y discos de rupturas o estallantes. En caso de producirse gas en el interior del recipiente, estos sistemas se ocupan de regular el gas de forma automática, evitando un aumento de la presión que podría provocar, en última instancia, una explosión.
Protocolos de manipulación para prevenir accidentes
Entre los más destacados, se encuentran:
- El almacenamiento debe tener lugar en zonas bien ventiladas.
- Los riesgos deben indicarse con la señalética adecuada: advertencia de quemaduras por frío y por asfixia.
- El personal debe llevar equipos de protección individual (EPIs), incluyendo guantes de seguridad contra el frío hasta el antebrazo, protección facial y ocular. La ropa también debe tener consideraciones específicas, como evitar posibles bolsillos abiertos o dobladillos, y cubrir todo el cuerpo.
- La manipulación debe ser realizada siempre por personal capacitado para realizar el proceso de forma segura.
- En caso de derrames, es imprescindible abandonar la zona y avisar al servicio de emergencias pertinente.
- El transporte de nitrógeno líquido también debe producirse en sistemas específicos, con doble pared y aislamiento de vacío.
Optimización del almacenamiento: cómo minimizar pérdidas y mejorar la eficiencia
Reducción de pérdidas por evaporación
Como hemos descrito más arriba, el diseño de un mecanismo de aislamiento adecuado está en el centro de un sistema de almacenamiento capaz de reducir pérdidas por evaporación.
Seleccionar contenedores criogénicos adecuados es clave aquí, pero también seguir buenas prácticas en el sellado del recipiente después de su uso y en la elección del área de almacenaje.
La instalación de equipos de monitoreo es también recomendable, por su capacidad de supervisar las posibles variaciones de temperatura y presión a tiempo, activando alarmas que permitan la corrección de la situación a tiempo.
Innovaciones tecnológicas en almacenamiento criogénico
- La integración de los sistemas de almacenamiento en ecosistemas IoT (Internet of Things) abre la puerta a obtener una visibilidad en tiempo real sobre los parámetros de temperatura, presión y nivel de líquido. Así, las alertas se producen de forma automática e instantánea, permitiendo su corrección.
- La implementación de mecanismos automáticos (por ejemplo, para la apertura de cubiertas) permite un manejo más preciso y capaz de evitar posibles errores humanos.
- Los avances en los sistemas y materiales abren la puerta a mejorar las capacidades de aislamiento y protección.
Cryospain: soluciones de almacenamiento criogénico
Desde Cryospain, ponemos nuestros conocimientos en ingeniería criogénica avanzada al servicio del desarrollo de soluciones a medida para el almacenamiento de nitrógeno líquido. Y, es que, somos especialistas en el diseño, fabricación, montaje y puesta en marcha de tanques criogénicos de fondo plano de nitrógeno.
Con más de dos décadas de experiencia, nuestras soluciones emplean los materiales de aislamiento de la más alta calidad, y están diseñadas para cumplir con los certificados de calidad y seguridad aplicables.
Algunos de nuestros proyectos para el almacenamiento de nitrógeno líquido incluyen:
- Un tanque criogénico en Chandler (USA) destinado a la fabricación de microchips;
- Nuestra solución de almacenamiento criogénico en Taichung (Taiwán) para este mismo uso en una zona de especial actividad sísmica y expuesta a fuertes vientos y tifones;
- El proyecto de tanque criogénico en Abu Dhabi (Emiratos Árabes Unidos), caracterizado por un clima desértico, con temperaturas extremas y exposición a radiación.
Una serie de casos de éxito que ilustran nuestro trabajo para adaptarnos a las necesidades de cada proyecto, incluyendo los requisitos técnicos más estrictos, para ofrecer soluciones de almacenamiento de nitrógeno líquido llave en mano.
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