La criogenia è una branca della fisica. È un argomento importante perché ci aiuta a capire come funziona il mondo. È anche un tema molto ampio e può essere applicato in numerosi settori. Tuttavia occorre fare attenzione a conoscere i pericoli dell’uso della criogenia e adottare precauzioni per la sicurezza.
Prove di shock a freddo
Le prove di shock a freddo criogenico possono fornire dati preziosi su un prodotto. Tuttavia è importante sapere che queste prove possono essere costose e richiedono l’attenzione di esperti. Pertanto è fondamentale eseguirle nelle prime fasi del processo di sviluppo. Spesso queste prove possono prevenire guasti catastrofici o danni materiali.
Grazie a queste prove, le aziende possono individuare punti deboli e potenziali problemi nelle proprie apparecchiature, come valvole, pompe e compressori. Integrando queste prove nei propri progetti, le aziende possono ridurre il rischio di guasti meccanici e ridurre al minimo il costo di attuazione dei propri processi.
I risultati di queste prove mostrano spesso miglioramenti significativi nella tolleranza termica di un componente. Tuttavia vi sono diversi problemi che possono impedire a queste prove di essere efficaci. Tali problemi comprendono giunti brasati marginali, laminazioni e difetti. È quindi importante scegliere un’azienda che offra una gamma di prove tale da coprire tutti gli aspetti.
Un tipo di prova di shock a freddo consiste nell’iniettare azoto liquido in un campione e poi lasciarlo fuoriuscire attraverso un tubo. La velocità con cui l’azoto liquido fuoriesce viene misurata con un misuratore di portata specializzato. Queste informazioni vengono poi utilizzate per determinare la temperatura dell’azoto liquido.
Un altro tipo di prova prevede una camera a liquido. Ad esempio, un bersaglio criogenico a LHe è progettato appositamente per l’uso con un cannone a gas leggero a due stadi. Questi bersagli possono essere regolati da 3,6 K a 80 K.
Oltre a essere un modo più efficace per testare i componenti, questo metodo può anche far risparmiare più tempo. Tuttavia è importante evitare di applicare al campione variazioni di temperatura eccessive. Una variazione di temperatura di un solo grado può portare a un guasto impossibile in un ambiente operativo.
Alcune aziende possono trovare utile far eseguire le prove di shock a freddo sui propri prodotti da un laboratorio sperimentale. Questi laboratori sono in grado di eseguire tali prove su vari tipi di attuatori, sensori e altri componenti. A seconda delle esigenze dell’azienda, possono testare quasi ogni tipo di valvola.
Queste prove si basano su diverse norme, tra cui MIL-STD-810F Method 503.4 Temperature Shock. Questi metodi consentono di misurare i problemi fisici associati a un componente, come portata, perdite e resistenza termica.
Pericoli di incendio ed esplosione
I materiali criogenici, tra cui elio liquido, argon e azoto, sono sostanze pericolose che presentano particolari pericoli di incendio ed esplosione. Adottando le opportune precauzioni di sicurezza e lavorando correttamente con i materiali criogenici è possibile ridurre al minimo i rischi associati al loro uso.
I materiali criogenici possono inoltre creare un pericolo di carenza di ossigeno in aree poco ventilate. Ciò può portare a una combustione rapida e a esplosioni.
Quando si manipolano materiali criogenici infiammabili, indossare sempre dispositivi di protezione ed evitare il contatto con il liquido. Per i contenitori aperti si raccomandano una visiera a pieno facciale e occhiali di sicurezza, e non è consentito maneggiare a mani nude i tubi di travaso. Se si tocca un tubo di travaso, assicurarsi che il liquido sia completamente asciutto prima di manipolarlo.
Per ridurre al minimo il rischio di incidenti, tutti i Dewar devono essere nastrati ed etichettati con il nome completo del liquido e le informazioni sui pericoli. I tubi di travaso devono essere sostituiti quando si danneggiano o diventano fragili.
La temperatura e la pressione dei materiali criogenici possono modificare le proprietà fisiche di molti materiali. In particolare i materiali non metallici, come la plastica, possono diventare fragili se esposti a temperature molto basse. L’acciaio al carbonio può rompersi sotto sforzo, con conseguente pericolo di incendio.
Come per altri gas infiammabili, la presenza di ossigeno liquido accelera notevolmente la combustione. Anche materiali che normalmente non bruciano, come la gomma, possono incendiarsi in presenza di ossigeno liquido.
I materiali criogenici sono tossici, quindi devono essere conservati in dewar ben ventilati e isolati, dotati di valvole di sfogo della pressione. Non trasportare materiali criogenici in ascensori o veicoli privi di ventilazione adeguata. Indossare sempre scarpe con puntale in acciaio quando si sollevano e si trasportano materiali criogenici.
Oltre ai pericoli di incendio ed esplosione, alcuni materiali possono essere tossici. Ad esempio, alcuni liquidi criogenici contengono azoto, fluoro e protossido di azoto, tutti tossici.
I materiali criogenici sono pericolosi anche se utilizzati a pressione atmosferica. Possono danneggiare pavimentazioni, cavi elettrici e altre apparecchiature sul luogo di lavoro. Inoltre possono causare gravi ustioni da contatto con il freddo.
Sebbene i rischi di incendio ed esplosione siano ben noti, i materiali criogenici presentano pericoli particolari. Il rischio di asfissia è un altro problema serio. Prima di stoccare o lavorare con materiali criogenici, consultare il produttore o EH&S per determinare i requisiti di sicurezza dei materiali.
Precauzioni di sicurezza
Quando si manipolano liquidi criogenici occorre adottare adeguate precauzioni di sicurezza. Tra queste rientrano l’uso di guanti isolanti speciali, visiere protettive e occhiali di sicurezza. Indossare questi dispositivi di protezione aiuta a prevenire lesioni e riduce al minimo l’esposizione.
La manipolazione di liquidi criogenici può causare lesioni gravi. I liquidi possono congelare rapidamente il tessuto umano, causando congelamenti. Possono inoltre esplodere se riscaldati. Ciò può portare a gravi ustioni e a danni alle apparecchiature.
È importante mantenere pulita e asciutta l’area intorno al contenitore. Il vapore criogenico può condensare sulla superficie e incendiare materiali organici. Anche mantenere il locale ben ventilato è fondamentale.
Non respirare mai aria con meno del 18% di ossigeno. L’inalazione di questo livello può portare alla perdita di conoscenza. Allo stesso modo, se un tubo si rompe, può verificarsi una pericolosa esplosione. Se la bombola non dispone di valvole di sfogo della pressione, deve essere svuotata e sfiatata.
Manipolare sempre i liquidi criogenici in un contenitore progettato per la pressione. I contenitori aperti possono causare schizzi e ebollizione. I travasi devono essere eseguiti lentamente e gradualmente.
Si raccomanda una visiera a pieno facciale. Se necessario, devono essere indossati anche occhiali di protezione contro gli schizzi di sostanze chimiche. Indipendentemente dal tipo di liquido, è importante lavarsi le mani prima e dopo la manipolazione. Ad esempio, quando si travasa azoto liquido, i ricercatori devono sciacquarsi le braccia e poi lavarsi le mani.
Durante i travasi, il contenitore ricevente deve essere raffreddato per evitare schizzi. Se necessario, il recipiente ricevente deve essere collocato in una cella frigorifera. Alcuni materiali diventano fragili a basse temperature, il che li rende pericolosi da usare. Inoltre molti oggetti morbidi possono rompersi se esposti a temperature criogeniche.
Le procedure di sicurezza per lo stoccaggio criogenico devono essere descritte in una procedura operativa standard scritta. Tutti gli utenti devono averne una copia. Inoltre una lista di controllo della sicurezza deve essere allegata al materiale, compresi i cartelli di avvertimento obbligatori sulla porta.
Per evitare qualsiasi incidente, deve essere condotta una revisione di sicurezza supplementare per tutti i sistemi di nuova installazione e modificati. È inoltre importante assicurarsi che le procedure operative aggiornate siano ancora adeguate.
I materiali criogenici devono essere conservati in un dewar o in un recipiente omologato e isolato. Il recipiente deve essere nastrato ed etichettato con il nome completo del liquido criogenico e le informazioni sui pericoli.
Applicazioni nei vari settori
La tecnologia criogenica è utilizzata in un’ampia gamma di settori. Tra le applicazioni più comuni vi sono lo stoccaggio e il raffreddamento. Queste tecnologie contribuiscono a mantenere la qualità e a prevenire la contaminazione delle merci in transito. Inoltre vengono utilizzate per preservare la vita, rimuovere l’acqua e granulare probiotici.
La domanda di apparecchiature criogeniche è trainata dalla crescente necessità di fonti di energia pulita. Ciò è dovuto in gran parte alla scarsità di combustibili fossili. Riflette inoltre un investimento significativo nei settori chimico e petrolchimico.
Un altro fattore che favorisce la crescita del mercato globale delle apparecchiature criogeniche è l’aumento del numero di centrali elettriche a GNL. Ciò è attribuito alla crescente domanda di gas, alimentata dal boom dell’industria del petrolio & gas. Inoltre le crescenti preoccupazioni per le emissioni e per l’inquinamento da emissioni stanno aumentando la domanda di energia pulita.
La tecnologia criogenica viene esplorata anche nel settore dei trasporti. Tra le applicazioni emergenti della tecnologia criogenica vi sono lo stoccaggio e il raffreddamento dell’idrogeno per i veicoli elettrici a celle a combustibile. Ciò può essere ottenuto mediante l’uso di azoto liquido. Inoltre anche le società di trasporto marittimo stanno utilizzando tecnologie criogeniche.
Altre applicazioni promettenti della tecnologia criogenica sono la conservazione di materiali biotecnologici e di colture starter. Inoltre il processo di produzione dei metalli è fortemente influenzato dall’offerta e dalla domanda di petrolio greggio. Analogamente anche il settore dei trasporti offre un potenziale sostanziale per la crescita del mercato dell’energia pulita.
L’applicazione della tecnologia criogenica ha reso possibile la creazione di immagini accurate e dettagliate del corpo umano. Viene inoltre utilizzata per conservare tessuti viventi a temperature estremamente basse.
Sebbene la criogenia sia in uso da molto tempo, lo sviluppo della medicina moderna ha portato progressi in questo campo. La tecnologia è oggi utilizzata in medicina e biologia, oltre che nell’elettronica a freddo.
Si prevede che la domanda di tecnologia criogenica crescerà in modo significativo nei prossimi anni. Diversi fornitori intendono diversificare in nuovi settori ed esplorare applicazioni innovative della tecnologia criogenica. Tuttavia il settore è attualmente dominato da aziende presenti sul mercato da più di trent’anni.
