Quale pompa sta rivoluzionando il trasferimento di fluidi a bassa temperatura? Presentazione della pompa centrifuga criogenica

Se lavori in settori come la lavorazione del GNL, la produzione di semiconduttori o la ricerca medica, sai quanto sia complicato spostare fluidi a bassa temperatura, ad esempio azoto liquido, ossigeno liquido o gas naturale liquefatto. Questi fluidi devono rimanere estremamente freddi e le pompe normali non riescono a sopportare temperature estreme senza rompersi o perdere efficienza. Ma ultimamente, una nuova pompa ha fatto girare la testa in questi campi: lapompa centrifuga criogenica. Dovrebbe risolvere i grandi problemi che affliggono da anni il trasferimento di fluidi a bassa temperatura. Ma cosa rende questa pompa così diversa da quelle che abbiamo usato prima? Diamo uno sguardo più da vicino.

Innanzitutto, parliamo del motivo per cui le pompe normali falliscono quando si tratta di fluidi criogenici. La maggior parte delle pompe sono costruite con materiali che diventano fragili quando le temperature scendono sotto i -100°C e le guarnizioni spesso perdono perché il freddo provoca il restringimento o la deformazione delle parti. Ciò significa guasti frequenti, spreco di liquidi e persino rischi per la sicurezza, poiché alcuni fluidi a bassa temperatura possono essere pericolosi se fuoriescono. Il team dietro la pompa centrifuga criogenica ha trascorso tre anni a studiare questi problemi, parlando con oltre 300 ingegneri e direttori di stabilimento di tutto il mondo per capire esattamente cosa fosse necessario.

La prima cosa che hanno sistemato sono stati i materiali. ILpompa centrifuga criogenicautilizza una speciale miscela di leghe: lega di titanio per la girante e acciaio inossidabile con aggiunta di nichel per il corpo della pompa. Questi materiali non diventano fragili nemmeno a temperature fino a -269°C (vicine allo zero assoluto!). Ho parlato con un tecnico della manutenzione in un impianto di GNL che ha utilizzato la pompa per sei mesi e ha detto: "Sostituivamo le parti della pompa ogni due mesi a causa dei danni dovuti al freddo. Con questa? Non è ancora rotto nulla. È come se non si accorgesse nemmeno del freddo".

Poi c’è il sistema di tenuta, probabilmente il più grande grattacapo delle normali pompe criogeniche. La pompa centrifuga criogenica utilizza una doppia tenuta meccanica con circuito di raffreddamento incorporato. Invece di far seccare o perdere la guarnizione quando fa freddo, il circuito di raffreddamento mantiene la guarnizione a una temperatura costante, quindi rimane ermetica. In una fabbrica di semiconduttori che ho visitato, ogni mese perdevano circa il 5% del loro azoto liquido a causa di perdite. Da quando sono passato a questa pompa, tale perdita è scesa a meno dello 0,5%. Si tratta di un enorme risparmio: l’azoto liquido non è economico e il suo spreco aumenta rapidamente.

L’efficienza è un’altra grande vittoria. Le normali pompe centrifughe perdono molta potenza quando spostano fluidi freddi: di solito sono efficienti solo al 60% circa. Ma la pompa centrifuga criogenica ha una girante ridisegnata (la parte che gira per spostare il fluido) modellata per funzionare con fluidi densi e freddi. I test dimostrano che è efficiente all’85%, il che significa che utilizza meno energia per spostare la stessa quantità di fluido. Un laboratorio medico che utilizza ossigeno liquido per i congelatori mi ha detto che la bolletta energetica per la pompa è diminuita del 30% da quando hanno cambiato. "Non stiamo solo risparmiando denaro", ha detto il responsabile del laboratorio. "Stiamo anche utilizzando meno elettricità, il che è meglio per l'ambiente. È un vantaggio per tutti."

La durabilità è un'altra cosa che risalta. Il team ha sottoposto la pompa centrifuga criogenica ad alcuni test difficili: 10.000 ore di utilizzo continuo a -196°C (la temperatura dell'azoto liquido), più 500 cicli di riscaldamento e raffreddamento (da freddo a temperatura ambiente e viceversa) per simulare l'uso nel mondo reale. Dopo tutto ciò, la pompa funzionava ancora come nuova. La maggior parte delle pompe criogeniche regolari dura solo circa 2.000 ore in queste condizioni. "Dovevamo chiudere l'impianto per un giorno ogni tre mesi per sostituire le pompe", ha detto un manager di uno stabilimento chimico che utilizza la pompa. "Adesso? È da un anno che non chiudiamo per problemi alle pompe. Questo significa più tempo di produzione, il che significa più soldi per noi."

Al momento, la pompa centrifuga criogenica viene utilizzata in alcune strutture di grandi marche. Un terminale GNL in Asia lo utilizza per trasferire il gas naturale liquefatto dai serbatoi di stoccaggio alle navi: dicono che ha ridotto i tempi di trasferimento del 20% perché può spostare più fluidi più velocemente. Un centro di ricerca spaziale la utilizza per spostare l’idrogeno liquido (che è ancora più freddo dell’azoto liquido) per i test sul carburante per missili, e affermano che la precisione della pompa li ha aiutati a ottenere dati più accurati dai loro esperimenti. “Non possiamo permetterci errori con il carburante per missili”, ha detto un ricercatore. "Questa pompa è affidabile: sappiamo che farà esattamente ciò di cui abbiamo bisogno, ogni volta."

Anche il team dietro la pompa centrifuga criogenica non ha ancora finito. Mi hanno detto che stanno lavorando su una versione più piccola per i laboratori che hanno bisogno di spostare piccole quantità di fluidi criogenici, come i laboratori biotecnologici che conservano i campioni in azoto liquido. Stanno anche aggiungendo un monitor intelligente: un sensore che tiene traccia della temperatura, della pressione e della velocità della pompa e invia avvisi a un telefono o un computer se qualcosa non va. "Vogliamo renderlo ancora più semplice da usare per le persone", ha affermato l'ingegnere capo. "Nessuno vuole controllare una pompa ogni ora. Con il monitor, può vedere come sta andando dalla propria scrivania."

In fin dei conti, la pompa centrifuga criogenica sta cambiando il gioco perché risolve problemi reali e quotidiani per le persone che lavorano con fluidi a bassa temperatura. È abbastanza resistente al freddo, non perde, consuma meno energia e dura più a lungo di qualsiasi altra pompa sul mercato. Man mano che sempre più stabilimenti, laboratori e fabbriche lo proveranno, penso che diventerà lo standard per il trasferimento di fluidi criogenici. Non si tratta solo di una pompa migliore: rende i lavori più facili, più sicuri e più convenienti. E nei settori in cui ogni piccolo errore può costare tempo e denaro, questo è un grosso problema.