Gas ligero, trabajo pesado

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Helio en lugar de aire. Compactación con compresores de BOGE

El reto
El helio es un gas muy ligero, pues tiene una densidad siete veces más baja que la del aire. Por este motivo, el mayor reto consistía en garantizar una máxima estanqueidad del compresor.

La solución de BOGE
El SLF 101-3 de BOGE utilizado en el proyecto tuvo que modificarse en su totalidad. Era necesario localizar todas y cada una de las fuentes de fuga, por mínimas que fueran, para hermetizarla como correspondía.

El resultado
Gracias a la fructífera colaboración entre Vorbuchner y BOGE, a partir del prototipo surgió un sistema eficiente y seguro para la compactación de helio.

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    La empresa Vorbuchner GmbH & Co. KG de Kirchweidach es especialista en la técnica de bajas temperaturas. Su cartera de productos comprende, entre otros, instalaciones criogénicas para aplicaciones de helio que, además de recuperar este gas, se ocupan sobre todo de su licuación. De hecho, Vorbuchner es uno de los pocos fabricantes alemanes que suministran sistemas para la licuación de helio. El helio líquido genera temperaturas extremadamente bajas. El refrigerante se utiliza con frecuencia en universidades e institutos, por ejemplo, para refrigerar imanes superconductores. Para la Universidad de Gießen, Vorbuchner desarrolló un sistema completo que proporciona helio líquido a una temperatura de -268,65 °C (4,5 K). A tal fin, el especialista en técnicas criogénicas necesitó un compresor que compactara helio de forma eficiente, pero manteniendo al mismo tiempo una alta protección contra fugas. “El reto principal consistió en hermetizar los componentes de esta máquina de manera que no se produjeran escapes de helio ni de aire, pues esto podía provocar impurezas en el helio”, explica Wilhelm Vorbuchner, director gerente de la empresa. Y BOGE se propuso cumplir con esta difícil tarea. La empresa de Bielefeld, galardonada en multitud de ocasiones por sus productos innovadores, desarrolló a tal fin un concepto totalmente nuevo para su compresor de tornillo SLF 101-3. Esta fabricación especial de la ingeniería de planta combina la calidad de BOGE con tecnología innovadora y, en consecuencia, cumple las demandas de la empresa de combinar progreso, potencia y durabilidad para crear soluciones especialmente eficientes.

     

    El helio gaseoso se licua

    El sistema de nuevo desarrollo para la licuación de helio abarca, además del compresor de tornillo SLF 101-3 de BOGE, dos turbinas de expansión, así como un limpiador integrado para la preparación de helio contaminado, un secador de gas sucio, un sistema de separación de aceite y un depósito de almacenamiento intermedio. El compresor proporciona el caudal necesario, comprendido entre 3,69 y 10,69 m³/min, y compacta el helio a un valor de entre 1,05 y 13 bar. Además, durante el proceso de compresión, se inyecta aire para la lubricación y la refrigeración. Y, para la limpieza del helio, BOGE utiliza un separador de aceite vertical. A continuación, se produce la generación de frío en una llamada “caja fría” (“coldbox”). En dos turbinas dispuestas una detrás de otra, se produce una expansión del gas helio. A través de un intercambiador de calor, el gas se refrigera con el principio de contracorriente y se conduce a un depósito de helio a través de una válvula de Joule-Thomson. La válvula provoca una expansión adicional del gas frío, que se refrigera aún más y, a continuación, se vuelve a líquido. Para ello, en esta caja fría, debe dominar una temperatura de -268,65 °C (4,5 K). Con ayuda de un limpiador criogénico, el helio sucio se somete al procesamiento correspondiente. Por su parte, las proporciones de aire se condensan y se congelan a lo largo de diversos procesos de refrigeración, mientras que los rastros de neón e hidrógeno se eliminan mediante frío por adsorción. Como resultado, la instalación de Vorbuchner ofrece de 20 a 33 litros de helio líquido y puro por hora.

     

    Requisitos muy exigentes en cuanto a estanqueidad

    El helio es un gas muy ligero, pues tiene una densidad siete veces más baja que la del aire. Por este motivo, el mayor reto para el especialista en aire comprimido BOGE consistía en garantizar una máxima estanqueidad del compresor. Bien es verdad que compresor utilizado tiene el mismo aspecto que un compresor de tornillo SLF 101-3 estándar, pero muchos de sus componentes se han reestructurado por completo con respecto al anterior. Así, el motor de accionamiento se ha optimizado en términos de estanqueidad. Además, el motor está rodeado por una campana de acoplamiento, por lo que, en caso de producirse una fuga de helio, se garantiza que el gas se recoge en la campana y se evacua correctamente. Por su parte, el separador de aceite colocado en sentido vertical optimiza el proceso de extraer el aceite del helio. Además, con el fin evitar una fuga del gas, BOGE también hermetizó las tuberías y los intercambiadores de calor. “Durante la fase de desarrollo, fue preciso localizar todas y cada una de las fuentes de fuga, por mínimas que fueran”, declara Sebastian Krake, jefe de proyecto de BOGE. “Gracias a estos diseños complejos, conseguimos una alta seguridad de los procesos”. Con ello, la posibilidad de que se produzca una pérdida de helio se excluye casi por completo, al igual que sucede con las impurezas que llegan a este gas a través del aire que penetra.

     

    Flexibilidad, tamaño compacto y ahorro de espacio

    El compresor de tornillo SLF 101-3 presenta un uso muy flexible. Gracias al convertidor de frecuencia integrado, el caudal se adapta constantemente a las demandas reales de cada momento, lo que aumenta de forma considerable la eficiencia de la instalación. Por otro lado, su tamaño compacto ahorra espacio a la hora de instalarlo. A pesar de los componentes añadidos y de las modificaciones efectuadas, las dimensiones son idénticas a las de un compresor de tornillo convencional de esta clase de potencia. Los componentes de toda la instalación se montaron in situ en el emplazamiento del cliente y se conectaron entre sí mediante tubos; el compresor de tornillos se encuentra en una sala de compresores proporcionada por el cliente. Todos los tubos y el intercambiador de calor están fabricados en acero inoxidable y, por lo tanto, garantizan un funcionamiento seguro.

     

    De un prototipo a una instalación eficiente

    “Durante toda la fase de desarrollo, mantuvimos un estrecho contacto con BOGE”, afirma Wilhelm Vorbuchner. “La excelente colaboración nos permitió implantar con éxito el concepto de la instalación”. En consecuencia, a partir del prototipo surgió un sistema eficiente y seguro para la compactación de helio, lo que llevó a Vorbuchner a encomendar otro encargo a BOGE. Así, se planea construir una instalación con las mismas características de diseño para utilizarla en una universidad de Polonia, en la que también se incorporará un compresor de tornillo BOGE SLF 101-3 modificado. “Como en el sector de la investigación existe ya una enorme necesidad de instalaciones que utilicen técnicas criogénicas, estos sistemas también seguirán demandándose en el futuro”, pronostica Wilhelm Vorbuchner. A través de una estrecha colaboración con Vorbuchner, BOGE ha ampliado su competencia en el sector de la compactación de helio. Ahora, el especialista en aire comprimido planea desarrollar otros proyectos en los que el compresor de tornillo se utilice como compactador de helio. Con ello, está incorporando compactadores de nitrógeno y generadores de nitrógeno y de oxígeno para ampliar de forma continua la cartera de productos pertenecientes a las aplicaciones con gases especiales.

     

    Más información:

    http://www.vorbuchner.com/

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