Un sistema de circulación de enfriamiento actúa como una salvaguardia crítica para la bomba de alta presión en la Extracción con Fluidos Supercríticos (EFS) al enfriar activamente el dióxido de carbono (CO2) a un estado líquido estable antes de que entre en la etapa de bombeo. Sin esta licuefacción, el sistema no puede alcanzar la densidad de fluido requerida para generar altas presiones, lo que lleva a fallas mecánicas e inestabilidad del proceso.
La idea central: Las bombas de alta presión generalmente no pueden bombear gas de manera eficiente. El único propósito del enfriador es convertir el CO2 en un líquido para evitar el "bloqueo de gas", lo que permite a la bomba generar las presiones extremas necesarias para alcanzar eventualmente un estado supercrítico en el recipiente de extracción.
La mecánica de la entrega de CO2
La necesidad del cambio de fase
El CO2 típicamente ingresa al sistema desde un tanque de almacenamiento, a menudo como gas o una mezcla de gas y líquido. Sin embargo, las bombas de alta presión utilizadas en la EFS están diseñadas para mover líquidos incompresibles, no gases compresibles.
Prevención del bloqueo de gas
Si el CO2 ingresa a la cabeza de la bomba como gas, los pistones de la bomba simplemente comprimirán y descomprimirán el gas sin moverlo hacia adelante.
Este fenómeno se conoce como "bloqueo de gas". Resulta en un flujo cero, lo que significa que el sistema no puede generar presión, sin importar cuánto trabaje la bomba.
Garantizar la eficiencia de la entrega
Al enfriar el CO2 hasta convertirlo en líquido, el enfriador asegura que el fluido tenga una densidad alta y constante.
Esto permite que la bomba "agarre" un volumen específico de fluido con cada carrera, asegurando un caudal constante y medible hacia el sistema.
Establecimiento de condiciones supercríticas
La base para la alta presión
El proceso de extracción requiere que el CO2 alcance eventualmente un estado supercrítico (alta presión y temperatura específica) dentro del recipiente de extracción.
El enfriador proporciona la base necesaria para esto al entregar un flujo de líquido estable que la bomba puede presurizar de manera efectiva.
Regulación térmica y estabilidad
Mientras que el recipiente se calienta para alcanzar la supercriticidad, la entrada debe permanecer fría.
El sistema de enfriamiento crea una barrera térmica, asegurando que el calor de la fricción de la bomba o del proceso posterior no se filtre hacia atrás y vaporice el CO2 entrante.
Riesgos operativos y compensaciones
El riesgo de cavitación
Si la capacidad de enfriamiento es insuficiente, el CO2 líquido puede hervir o "vaporizarse" en burbujas de gas dentro de la cabeza de la bomba.
El colapso rápido de estas burbujas (cavitación) provoca ondas de choque que pueden picar las superficies metálicas y destruir los sellos de la bomba, lo que lleva a costosas reparaciones.
Rendimientos de extracción inconsistentes
Un enfriador que fluctúa en temperatura causará fluctuaciones en la densidad del CO2 que ingresa a la bomba.
Esto resulta en tasas de flujo másicas variables, lo que hace imposible replicar los parámetros de extracción o lograr rendimientos consistentes de un lote a otro.
Tomando la decisión correcta para su objetivo
Para optimizar su proceso de EFS, concéntrese en el papel específico de la temperatura en la cabeza de la bomba:
- Si su enfoque principal es la longevidad del equipo: Asegúrese de que su enfriador sea lo suficientemente potente como para mantener un subenfriamiento muy por debajo del punto de ebullición del CO2 para evitar daños por cavitación en los sellos de la bomba.
- Si su enfoque principal es la reproducibilidad del proceso: Priorice un enfriador con una estabilidad térmica precisa para mantener constante la densidad del CO2, asegurando que la tasa de flujo másica permanezca idéntica en cada ejecución.
Un suministro de líquido estable es el requisito previo innegociable para una extracción con fluidos supercríticos exitosa.
Tabla resumen:
| Característica | Función en el proceso de EFS | Impacto de la falta de enfriador |
|---|---|---|
| Cambio de fase | Convierte el CO2 gaseoso en líquido incompresible | La bomba no puede mover gas, lo que resulta en flujo cero |
| Estabilidad de presión | Permite a la bomba generar presiones supercríticas | El sistema no alcanza la densidad de extracción requerida |
| Prevención de cavitación | Subenfría el líquido para evitar la formación de burbujas de vapor | Las ondas de choque dañan los pistones y sellos de la bomba |
| Consistencia del flujo | Mantiene una densidad de CO2 constante para el flujo másico | Rendimientos de extracción fluctuantes y mala reproducibilidad |
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