Cilindro de gas

A cilindro de gas es un recipiente de presión para el almacenamiento y contención de gases a presión atmosférica superior. Los cilindros de gas de alta presión también se llaman botellas. Dentro del cilindro el contenido almacenado puede estar en estado de gas comprimido, vapor sobre líquido, líquido supercrítico o disuelto en un material de sustrato, dependiendo de las características físicas del contenido. Un diseño típico de cilindro de gas está alargado, de pie en un extremo inferior plano, con la válvula y la fijación en la parte superior para conectarse al aparato receptor.
El término cilindro en este contexto no debe confundirse con tanque, siendo este último un contenedor abierto o ventilado que almacena líquidos bajo gravedad, aunque el término El tanque de buceo se usa comúnmente para referirse a un cilindro que se usa para suministrar gas respirable a un aparato respiratorio subacuático.
Nomenclatura
En Estados Unidos, el "gas envasado" normalmente se refiere al gas licuado de petróleo. "Gas embotellado" A veces se utiliza en suministros médicos, especialmente para tanques de oxígeno portátiles. Los gases industriales envasados se denominan con frecuencia "gas en cilindro", aunque el "gas envasado" a veces se utiliza. El término tanque de propano también se utiliza para cilindros con propano.
El Reino Unido y otras partes de Europa se refieren más comúnmente al "gas envasado" cuando se habla de cualquier uso, ya sea industrial, médico o petróleo licuado. En cambio, lo que en Estados Unidos se denomina gas licuado de petróleo se conoce genéricamente en Reino Unido como "LPG" y se puede pedir utilizando uno de varios nombres comerciales, o específicamente como butano o propano, dependiendo de la producción de calor requerida.
Materiales
Los códigos de diseño y las normas de aplicación y el costo de los materiales dictaron la elección del acero sin soldaduras para la mayoría de los cilindros de gas; el acero está tratado para resistir la corrosión. Algunos cilindros de gas livianos recientemente desarrollados están hechos de acero inoxidable y materiales compuestos. Debido a la muy alta resistencia a la tracción del polímero reforzado con fibra de carbono, estos recipientes pueden ser muy livianos, pero más difíciles de fabricar.
Los cilindros reforzados o construidos con un material de fibra generalmente deben inspeccionarse con más frecuencia que los cilindros metálicos, por ejemplo, cada 5 en lugar de 10 años, y deben inspeccionarse más minuciosamente que los cilindros metálicos. Es posible que tengan una vida útil limitada.
El intervalo de inspección de cilindros de acero ha aumentado de 5 o 6 años a 10 años. Los cilindros de buceo que se utilizan en el agua deben ser inspeccionados más a menudo. Cuando se encontraron con problemas estructurales inherentes, se han retirado ciertas aleaciones de acero y aluminio del servicio.
Los cilindros compuestos de fibra se especificaron originalmente para una vida útil limitada de 15, 20 o 30 años, mientras que los cilindros de acero hoy en día generalmente se retiran después de 70 años, o pueden continuar utilizándose indefinidamente siempre que pasen inspecciones y pruebas periódicas. Desde hace algunos años existen cilindros compuestos que están designados para una vida no limitada (NLL), siempre que no se observen daños.
Tipos
Dado que se han utilizado materiales compuestos de fibras para reforzar los cilindros, existen varios tipos de construcción de recipientes de alta presión:
- Metal sólo. Mayormente metal forjado sin costura, pero para una presión de trabajo más baja, Por ejemplo., butano licuado, vasos de acero soldados también se utilizan.
- Vaso de metal, enrollado con una fibra compuesta sólo alrededor de la parte cilíndrica del "cilindro". (Geométricamente hay una necesidad de dos veces la fuerza de tensil en la región cilíndrica en comparación con las capas esféricas del cilindro.)
- Thin metal liner (que mantiene el gas de la nave apretado, pero no contribuye a la fuerza) completamente envuelto con material compuesto de fibra.
- Lineador sin metal de plástico, totalmente envuelto con material compuesto de fibra. El cuello del cilindro que incluye el hilo para la válvula es un inserto metálico.
Los recipientes a presión para almacenamiento de gas también pueden clasificarse por volumen. En Sudáfrica, un cilindro de almacenamiento de gas implica un contenedor transportable recargable con una capacidad de agua de hasta 150 litros. Los contenedores cilíndricos recargables y transportables con una capacidad de 150 a 3.000 litros de agua se denominan tubos.
Regulaciones y pruebas
El transporte de cilindros de alta presión está regulado por muchos gobiernos en todo el mundo. Por lo general, la autoridad gubernamental del país al que se va a transportar exige varios niveles de pruebas. En Estados Unidos, esta autoridad es el Departamento de Transporte de Estados Unidos (DOT). De manera similar, en el Reino Unido, el Departamento de Transporte (DfT) implementa las normas europeas de transporte (ADR). Para Canadá, esta autoridad es Transport Canada (TC). Los cilindros pueden tener requisitos adicionales de diseño o rendimiento por parte de agencias de pruebas independientes, como Underwriters Laboratories (UL). Cada fabricante de cilindros de alta presión debe tener un agente de calidad independiente que inspeccionará la calidad y seguridad del producto.
Dentro del Reino Unido, la "autoridad competente" — el Departamento de Transporte (DfT): implementa las regulaciones y el Servicio de Acreditación del Reino Unido (UKAS) realiza la designación de los probadores de cilindros autorizados, quien hace recomendaciones a la Agencia de Certificación de Vehículos (VCA) para la aprobación de organismos individuales.
Hay una variedad de pruebas que se pueden realizar en varios cilindros. Algunos de los tipos de pruebas más comunes son la prueba hidrostática, la prueba de estallido, la resistencia máxima a la tracción, la prueba de impacto Charpy y los ciclos de presión.
Durante el proceso de fabricación, la información vital suele estar estampada o marcada permanentemente en el cilindro. Esta información generalmente incluye el tipo de cilindro, la presión de trabajo o servicio, el número de serie, la fecha de fabricación, el código registrado del fabricante y, a veces, la presión de prueba. También se puede sellar otra información, según los requisitos reglamentarios.
Los cilindros de alta presión que se utilizan varias veces (como la mayoría) se pueden probar y examinar visualmente hidrostática o ultrasónicamente cada pocos años. En los Estados Unidos, se requieren pruebas hidrostáticas/ultrasónicas cada cinco años o cada diez años, según el cilindro y su servicio.
Conexiones de válvulas

Válvula
Los cilindros de gas generalmente tienen una válvula de cierre en ángulo en un extremo y el cilindro generalmente está orientado de manera que la válvula quede en la parte superior. Durante el almacenamiento, transporte y manipulación cuando el gas no está en uso, se puede enroscar una tapa sobre la válvula que sobresale para protegerla contra daños o roturas en caso de que el cilindro se caiga. En lugar de una tapa, los cilindros a veces tienen un collar protector o un anillo de cuello alrededor del conjunto de la válvula.
Conexión
Las válvulas de los cilindros industriales, médicos y de buceo suelen tener roscas o geometrías de conexión de diferentes direcciones, tamaños y tipos que dependen de la categoría del gas, lo que dificulta el uso indebido de un gas por error. Por ejemplo, la salida de la válvula de un cilindro de hidrógeno no se adapta a un regulador de oxígeno ni a una línea de suministro, lo que podría provocar una catástrofe. Algunos accesorios utilizan una rosca a la derecha, mientras que otros utilizan una rosca a la izquierda; Los accesorios de rosca izquierda suelen identificarse por muescas o ranuras cortadas en ellos.
En los Estados Unidos, las conexiones de válvulas a veces se denominan conexiones CGA, ya que la Asociación de Gas Comprimido (CGA) publica pautas sobre qué conexiones usar para qué gases. Por ejemplo, un cilindro de argón tiene un cabezal "CGA 580" conexión en la válvula. Los gases de alta pureza a veces utilizan conexiones CGA-DISS ("Sistema de seguridad de índice de diámetro").
Tipo de gas | Salida de válvula CGA (USA) |
---|---|
Acetileno | 510 |
Aire, respiración | 346, 347 |
Aire industrial | 590 |
Argon | 580, 718, 680 (3.500 psi), 677 (6.000 psi) |
Butane | 510 |
Dióxido de carbono | 320, 716 |
Monóxido de carbono | 350, 724 |
Cloro | 660, 728 |
Helio | 580, 718, 680 (3.500 psi) |
Hidrogen | 350, 724, 695 (3.500 psi) |
Metano | 350 |
Neon | 580, 718 |
Nitrogen | 580, 718, 680 (3.500 psi), 677 (6.000 psi) |
Óxido nitroso | 326, 712 |
Oxygen | 540, 714 |
Mezclas de oxígeno (conej.23,5%) | 296 |
Propane | 510 |
Xenon | 580, 718 |
Los gases medicinales podrán utilizar el sistema de seguridad de índice de clavijas para evitar la conexión incorrecta de los gases a los servicios.
En la Unión Europea, las conexiones DIN son más comunes que en Estados Unidos.
En el Reino Unido, la British Standards Institution establece los estándares. Entre las normas se incluye el uso de válvulas de rosca izquierda para cilindros de gases inflamables (más comúnmente válvulas de latón, BS4, para contenidos de cilindros no corrosivos o válvulas de acero inoxidable, BS15, para contenidos corrosivos). Los cilindros de gas no inflamables están equipados con válvulas de rosca derecha (más comúnmente válvulas de latón, BS3, para componentes no corrosivos o de acero inoxidable, BS14, válvulas para componentes corrosivos).
Tipo de gas | Salida de válvula BS (UK) |
---|---|
Acetileno | 2, 4 |
Aire, respiración | 3 |
Aire industrial | 3 |
Argon | 3 |
Butane | 4 |
Dióxido de carbono | 8 |
Monóxido de carbono | 4 |
Cloro | 6 |
Helio | 3 |
Hidrogen | 4 |
Metano | 4 |
Neon | 3 |
Nitrogen | 3 |
Óxido nitroso | 13 |
Oxygen | 3 |
Mezclas de oxígeno (conej.23,5%) | Se aplican otras guías |
Propane | 4 |
Xenon | 3 |
Regulador
Cuando el gas en el cilindro se utiliza a baja presión, se quita la tapa y se fija un montaje de regulación de presión a la válvula de parada. Este accesorio típicamente tiene un regulador de presión con medidores de presión de corriente arriba (inlet) y aguas abajo (outlet) y una válvula de aguja más abajo y conexión de salida. Para los gases que permanecen gaseosos bajo condiciones de almacenamiento ambiente, el medidor de presión de corriente superior se puede utilizar para calcular cuánto gas queda en el cilindro según la presión. Para los gases que son líquidos bajo almacenamiento, por ejemplo, propano, la presión de salida depende de la presión de vapor del gas, y no cae hasta que el cilindro esté casi agotado, aunque variará según la temperatura del contenido del cilindro. El regulador se ajusta para controlar la presión de aguas abajo, que limitará el máximo flujo de gas fuera del cilindro a la presión que muestra el medidor de aguas abajo. Para algunos propósitos, como el blindaje de gas para soldadura de arco, el regulador también tendrá un caudalímetro en el lado de abajo.
La conexión de salida del regulador se adjunta a cualquier necesidad del suministro de gas.
Seguridad y estándares

Debido a que el contenido está bajo presión y, a veces, son materiales peligrosos, el manejo de gases embotellados está regulado. Las regulaciones pueden incluir encadenar botellas para evitar caídas y dañar la válvula, ventilación adecuada para evitar lesiones o la muerte en caso de fugas y señalización para indicar los peligros potenciales. Si un cilindro de gas comprimido se vuelca, provocando que el bloque de válvulas se corte, el rápido La liberación de gas a alta presión puede hacer que el cilindro se acelere violentamente, lo que podría causar daños a la propiedad, lesiones o la muerte. Para evitar esto, las botellas normalmente se fijan a un objeto fijo o a un carro de transporte con una correa o cadena. También se pueden guardar en un armario de seguridad.
En un incendio, la presión en un cilindro de gas aumenta en proporción directa a su temperatura. Si la presión interna excede las limitaciones mecánicas del cilindro y no hay medios para ventilar de manera segura el gas presurizado a la atmósfera, el recipiente fallará mecánicamente. Si el contenido del recipiente es inflamable, este evento puede resultar en una "bola de fuego". Oxidantes como el oxígeno y el flúor producirán un efecto similar al acelerar la combustión en la zona afectada. Si el contenido del cilindro es líquido, pero se convierte en gas en condiciones ambientales, esto se conoce comúnmente como explosión de vapor en expansión de líquido en ebullición (BLEVE).
Los cilindros de gases medicinales en el Reino Unido y algunos otros países tienen un tapón fusible de metal de Wood en el bloque de válvulas entre el asiento de la válvula y el cilindro. Este tapón se funde a una temperatura comparativamente baja (70 °C) y permite que el contenido del cilindro escape al entorno antes de que el cilindro se debilite significativamente por el calor, lo que reduce el riesgo de explosión.
Los dispositivos de alivio de presión más comunes son un simple disco de ruptura instalado en la base de la válvula, entre el cilindro y el asiento de la válvula. Un disco de explosión es una pequeña junta metálica diseñada para romperse a una presión predeterminada. Algunos discos de ruptura están respaldados con un metal de bajo punto de fusión, por lo que la válvula debe exponerse a un calor excesivo antes de que el disco de ruptura pueda romperse.
La Asociación de Gas Comprimido publica una serie de folletos y panfletos sobre el manejo y uso seguro de gases envasados.
Estándares internacionales y nacionales
Existe una amplia gama de normas relacionadas con la fabricación, el uso y las pruebas de cilindros de gas presurizado y componentes relacionados. Algunos ejemplos se enumeran aquí.
- ISO 11439: Cilindros de gas — Cilindros de alta presión para el almacenamiento a bordo del gas natural como combustible para vehículos automotrices
- ISO 15500-5: Vehículos de carretera — Componentes del sistema de combustible de gas natural comprimido (GNC) — Parte 5: válvula de cilindro manual
- US DOT CFR Título 49, parte 178, Subpart C — Especificación para Cilindros
- US DOT Aluminum Tank Alloy 6351-T6 amendment for SCUBA, SCBA, Oxygen Service — Visual Eddy inspection
- AS 2896-2011:Medical gas systems— Instalación y pruebas de sistemas de oleoductos de gasoductos médicos no inflamables (normas australianos).
Codificación de colores
Los cilindros de gas suelen estar codificados por colores, pero los códigos no son estándar en las diferentes jurisdicciones y, a veces, no están regulados. El color del cilindro no se puede utilizar de forma segura para una identificación positiva del producto; Los cilindros tienen etiquetas para identificar el gas que contienen.
Código de color del cilindro de gas medicinal estándar indio
La norma india para el código de colores de los cilindros de gas se aplica a la identificación del contenido de los cilindros de gas destinados a uso médico. Cada cilindro deberá estar pintado externamente con los colores correspondientes a su contenido gaseoso.
Tamaños comunes
Los siguientes son ejemplos de tamaños de cilindros y no constituyen un estándar de la industria.
Cyl. tamaño | Diámetro × altura, incluyendo 5,5 pulgadas para válvula y tapa (pulgadas) | Nominal tare weight, 4,5 lb para válvula y tapa (lb) | Agua capacidad (lb) | Volumen interno, 70 °F (21 °C), 1atm | U.S. DOT specs | |
---|---|---|---|---|---|---|
(litros) | (cu.ft) | |||||
2HP | 9 por 51 pulgadas (230 mm × 1,300 mm) | 187 libras (85 kg) | 95,5 | 43.3 | 1.53 | 3AA3500 |
K | 9.25 por 60 pulgadas (235 mm × 1,524 mm) | 135 libras (61 kg) | 110 | 49,9 | 1.76 | 3AA2400 |
A | 9 por 51 pulgadas (230 mm × 1,300 mm) | 115 libras (52 kg) | 96 | 43,8 | 1.55 | 3AA2015 |
B | 8.5 por 31 pulgadas (220 mm × 790 mm) | 60 libras (27 kg) | 37,9 | 17.2 | 0.61 | 3AA2015 |
C | 6 por 24 pulgadas (150 mm × 610 mm) | 27 libras (12 kg) | 15.2 | 6.88 | 0,244 | 3AA2015 |
D | 4 por 18 pulgadas (100 mm × 460 mm) | 12 libras (5,4 kg) | 4.9 | 2.24 | 0,08 | 3AA2015 |
AL | 8 por 53 pulgadas (200 mm × 1.350 mm) | 52 libras (24 kg) | 64.8 | 29,5 | 1.04 | 3AL2015 |
BL | 7.25 por 39 pulgadas (184 mm × 991 mm) | 33 libras (15 kg) | 34.6 | 15.7 | 0,555 | 3AL2216 |
CL | 6.9 por 21 pulgadas (180 mm × 530 mm) | 19 libras (8,6 kg) | 13 | 5.9 | 0.21 | 3AL2216 |
XL | 14.5 por 50 pulgadas (370 mm × 1,270 mm) | 75 libras (34 kg) | 238 | 108 | 3.83 | 4BA240 |
SSB | 8 por 37 pulgadas (200 mm × 940 mm) | 95 libras (43 kg) | 41,6 | 18.9 | 0,677 | 3A1800 |
10S | 4 por 31 pulgadas (100 mm × 790 mm) | 21 libras (9,5 kg) | 8.3 | 3.8 | 0,13 | 3A1800 |
LB | 2 por 15 pulgadas (51 mm × 381 mm) | 4 libras (1,8 kg) | 1 | 0.44 | 0,016 | 3E1800 |
XF | 12 por 46 pulgadas (300 mm × 1,170 mm) | 180 libras (82 kg) | 134.3 | 60,9 | 2.15 | 8AL |
XG | 15 por 56 pulgadas (380 mm × 1,420 mm) | 149 libras (68 kg) | 278 | 126.3 | 4.46 | 4AA480 |
XM | 10 por 49 pulgadas (250 mm × 1.240 mm) | 90 libras (41 kg) | 120 | 54.3 | 1.92 | 3A480 |
XP | 10 por 55 pulgadas (250 mm × 1,400 mm) | 55 libras (25 kg) | 124 | 55,7 | 1.98 | 4BA300 |
QT | 3 por 14 pulgadas (76 mm × 356 mm) (incluye 4.5 pulgadas para válvula) | 2,5 libras (1,1 kg) (incluye 1,5 libras para la válvula) | 2.0 | 0,90 | 0,0318 | 4B-240ET |
LP5 | 12.25 por 18.25 pulgadas (311 mm × 464 mm) | 18,5 libras (8,4 kg) | 47,7 | 21.68 | 0,76 | 4BW240 |
Gastos médicos | 4 por 26 pulgadas (100 mm × 660 mm) (excluye válvula y tapa) | 14 libras (6,4 kg) (excluye válvula y tapa) | 9.9 | 4.5 | 0.16 | 3AA2015 |
(Las especificaciones del DOT de EE. UU. definen el material, la fabricación y la presión máxima en psi. Son comparables a las especificaciones de Transport Canada, que muestran la presión en bares. Un 3E-1800 en la nomenclatura del DOT sería un TC 3EM 124 en Canadá).
Tubos de almacenamiento de gas
Para volúmenes mayores, se encuentran disponibles unidades de almacenamiento de gas a alta presión, conocidas como tubos. Generalmente tienen un diámetro y una longitud mayores que los cilindros de alta presión y suelen tener un cuello roscado en ambos extremos. Pueden montarse solos o en grupos sobre remolques, bases permanentes o estructuras de transporte intermodal. Por su longitud se montan horizontalmente sobre estructuras móviles. En el uso general, a menudo se agrupan y gestionan como una unidad.
Bancos de almacenamiento de gas

Se pueden montar juntos grupos de cilindros de tamaño similar y conectarlos a un sistema múltiple común para proporcionar una mayor capacidad de almacenamiento que un solo cilindro estándar. Esto comúnmente se denomina banco de cilindros o banco de almacenamiento de gas. El colector puede disponerse para permitir el flujo simultáneo desde todos los cilindros o, para un sistema de llenado en cascada, donde el gas se extrae de los cilindros de acuerdo con la diferencia de presión positiva más baja entre el cilindro de almacenamiento y el de destino, siendo un uso más eficiente del gas presurizado.
Cuadros de almacenamiento de gas

Un quad de gas es un grupo de cilindros de alta presión montados en un marco de transporte y almacenamiento. Por lo general, hay 16 cilindros, cada uno de aproximadamente 50 litros de capacidad, montados en posición vertical en cuatro filas de cuatro, sobre una base cuadrada con un marco de planta cuadrada con puntos de elevación en la parte superior y pueden tener ranuras para montacargas en la base. Los cilindros generalmente están interconectados como un colector para usarse como una unidad, pero son posibles muchas variaciones en el diseño y la estructura.
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