Qué son los líquidos criogénicos y cómo se obtienen

Los líquidos criogénicos son aquellos gases que han sido enfriados intensamente, los cuales tienen un punto de ebullición próximo a -100º o inferior. Enfriar estos gases debe hacerse por debajo de la temperatura ambiente.

Aunque los diferentes gases criogénicos tienen propiedades específicas y se convierten en líquidos bajo distintas condiciones de temperatura, todos tienen algo en común: pequeñas cantidades de su líquido pueden expandirse a grandes volúmenes de gas (el cual permanece también extremadamente frío).

Clasificación de fluidos criogénicos

Independientemente de las características individuales de los fluidos criogénicos, casi todos ellos pueden ser agrupados en uno de los tres grupos principales para su clasificación:

  • Gases inertes: Estos gases no presentan ninguna reacción química significativa; no se queman ni permiten la combustión. Algunos de ellos son el nitrógeno, el helio, el neón, el argón y el criptón.
  • Gases inflamables: El gas producido por estos líquidos criogénicos puede quemarse en el aire. Los ejemplos más comunes son el hidrógeno, el metano y el gas natural licuado.
  • Oxígeno: Muchos de los materiales considerados como ‘no combustibles’ pueden quemarse en presencia de oxígeno líquido. Los materiales orgánicos pueden reaccionar de forma explosiva con el oxígeno líquido. Por este motivo, los peligros y las precauciones asociadas a la manipulación del oxígeno líquido deben considerarse de forma independiente. 

Los líquidos criogénicos más utilizados

Las aplicaciones de los fluidos criogénicos son comunes en grandes industrias con diferentes necesidades; como medicina, fabricación de herramientas, aeroespaciales, investigación nuclear y labores de laboratorio. 

Nitrógeno líquido

Uno de los líquidos congeladores más comunes es el nitrógeno en estado puro, a una temperatura igual o menor a -196º. Sus usos son muy amplios y variados; algunos ejemplos incluyen su uso en el sector de la aeronáutica para crear materiales de peso muy ligero y altamente resistentes, o su uso en el sector del automóvil para soldar piezas, bastidores y otros componentes esenciales en la fabricación de coches. 

En el sector de la atención sanitaria, se utiliza para congelar y trasladar muestras de sangre y otras muestras biológicas sin dañar la estructura de los tejidos, así como para la congelación de óvulos y la destrucción de tejido enfermo en dermatología. Otras de sus aplicaciones varían desde la alimentación y la alta cocina (restauración) hasta la industria del metal y la soldadura.

Helio líquido

El helio, que tiene el punto de ebullición más bajo conocido, es ampliamente usado en la industria aeroespacial y aeronáutica como agente de presurización de sistemas de fluidos en tierra y vuelo. Además, se utiliza en automoción para probar componentes automotrices críticos, y en buceo, junto con el oxígeno, para permitir a los buzos realizar inmersiones más profundas al reducir la resistencia a la respiración en profundidad.

La industria electrónica también utiliza helio para la fabricación de semiconductores y otros componentes, enfriando las partes rápidamente para mejorar su rendimiento. En la industria hospitalaria es utilizado para captar imágenes de alta resolución en las resonancias magnéticas. 

Otros líquidos criogénicos populares

Líquidos congeladores como el oxígeno líquido o el dióxido de carbono líquido también son extensamente utilizados con propósitos industriales, médicos y alimentarios. El CO2 líquido puede utilizarse en cultivos interiores para aumentar las cosechas, mientras que el oxígeno líquido incrementa la productividad y eficiencia en los procesos industriales.

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Cómo almacenar líquidos criogénicos

Los líquidos criogénicos que se almacenan son gases comprimidos y mantenidos a temperaturas extremadamente bajas. Una descompresión de gas causaría una expansión tan rápida que ocasionaría la ruptura y posible explosión del contenedor.

Es por esta razón que los contenedores y recipientes para fluidos criogénicos deben ser construidos específicamente para este propósito y seguir los estándares más altos de calidad y seguridad.

Recipientes criogénicos: tipos de almacenamiento

Las temperaturas tan bajas que se manejan en estos fluidos provocan que la mayoría de sólidos se dañen y se vuelvan quebradizos, por lo que se descartan materiales como el acero al carbón, todo tipo de plásticos o el caucho para el contacto directo con la sustancia.

Los recipientes a presión para almacenar estos fluidos se construyen en una gran variedad de tamaños, dependiendo de las necesidades de consumo. Desde frascos de laboratorio hasta Dewars de grandes capacidades o incluso tanques criogénicos

Materiales para los recipientes de almacenamiento

Aunque los recipientes criogénicos presentan diferentes características de forma y diseño según la sustancia que contengan, los recipientes de uso industrial están compuestos de una estructura dividida en tres partes fundamentales:

  • Un recipiente interior construido en acero inoxidable austenítico / aluminio y preparado para soportar temperaturas muy bajas.
  • Un recipiente exterior, generalmente de acero al carbono.
  • Una capa de aislamiento entre ambos recipientes, dotada generalmente de una combinación de alto vacío y material aislante.

Además de los dos recipientes aislados, los recipientes de mayor capacidad están dotados de otro componente clave en su correcto funcionamiento: un sistema de regulación de presión diseñado para que la presión sea siempre constante y adecuada a las necesidades del usuario.

Para el diseño y cálculo de los depósitos se han de seguir unos requisitos y protocolos de seguridad altamente estrictos, y se utiliza un Código de diseño internacionalmente reconocido (por país) para asegurar una fabricación adecuada al milímetro.

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Peligros a la hora de trabajar con fluidos criogénicos

Las operaciones con líquidos criogénicos son extremadamente delicadas; cualquier mínimo error puede resultar en un grave accidente. Es por eso que acciones aparentemente inofensivas pueden desencadenar un desastre.

Principales riesgos de trabajar con líquidos criogénicos

Uno de los mayores riesgos existentes al trabajar con fluidos criogénicos es la extremadamente alta velocidad a la que son capaces de evaporarse (700I); pudiendo causar explosión y asfixia en cuestión de un abrir y cerrar de ojos. 

El vapor emitido por estos gases es capaz de enfriar más rápidamente que el propio líquido, por lo que el contacto con éste puede causar congelación bronquial y ocular

Además, el contacto directo con el líquido puede generar quemaduras de primer grado por congelamiento, por eso es tan importante utilizar un equipo de protección adecuado (en cuanto a ojos, manos y ropa) y seguir siempre las medidas de seguridad pertinentes, teniendo especial cuidado con los ojos.

Indicaciones a seguir al trabajar con líquidos criogénicos

Los recipientes aislados (Dewars), utilizados para el transporte y almacenamiento de los líquidos criogénicos, deberán manipularse siguiendo específicamente las pautas marcadas. Cerrarlos o taparlos herméticamente, por ejemplo, resultará en un alto peligro de explosión por condensación de oxígeno.

Trabajar con este tipo de fluidos debe realizarse en lugares abiertos o, como mínimo, suficientemente ventilados, para evitar la falta de oxígeno y el riesgo de mareos. Debe tenerse especial cuidado a la hora de trasvasar, lo cual no debe suceder nunca en espacios cerrados y deben seguirse medidas rigurosas como utilizar un trasvasado de aire, tener cerca un lava-ojos y una ducha o mantener todo libre de grasa.

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