O que é um cilindro Dewar?

O que é um cilindro Dewar?

Um cilindro Dewar é um tipo de recipiente usado para armazenar e transportar materiais criogênicos, como nitrogênio líquido, oxigênio líquido e gás natural liquefeito. Consiste em um recipiente interno feito de aço inoxidável ou outro material que resista a baixas temperaturas, cercado por um recipiente externo que fornece isolamento contra transferência de calor. O espaço entre os recipientes interno e externo é normalmente evacuado ou preenchido com um gás de baixa pressão, para reduzir ainda mais a transferência de calor e manter a baixa temperatura do conteúdo.

Os cilindros Dewar têm o nome de seu inventor, James Dewar, um físico e químico escocês que inventou a primeira garrafa térmica em 1892. O princípio básico de uma garrafa térmica e de um cilindro Dewar é o mesmo - manter a temperatura de um líquido minimizando o calor transferência entre o conteúdo e o entorno. No entanto, a escala e a complexidade de um cilindro Dewar são muito maiores, uma vez que são concebidos para armazenar grandes quantidades de materiais criogénicos para aplicações industriais, médicas e científicas.

Tipos e aplicações de cilindro Dewar

Existem vários tipos de cilindros Dewar, dependendo de seu tamanho, formato e função. Os tipos mais comuns são:

1. Dewar líquido criogênico: Este é o tipo mais básico de cilindro Dewar, usado para armazenar e manusear líquidos criogênicos, como nitrogênio líquido, oxigênio líquido e gás natural liquefeito. É constituído por um recipiente revestido a vácuo com uma pequena abertura na parte superior, denominada gargalo, que pode ser vedado com rolha ou rolha. O líquido criogênico é preenchido através do gargalo e pode ser dispensado através de uma válvula ou torneira na parte inferior do cilindro Dewar. Os cilindros dewar líquidos criogênicos são usados ​​em diversas indústrias, como metalurgia, medicina e processamento de alimentos, para resfriamento, congelamento e preservação de materiais.

2. Frasco Dewar: Esta é uma versão menor e mais portátil de um cilindro Dewar, usado para transportar pequenas quantidades de líquidos ou gases criogênicos. Consiste em um frasco revestido a vácuo com gargalo estreito e rolha, e normalmente é transportado em uma caixa protetora ou saco. Os frascos Dewar são comumente usados ​​em laboratórios, hospitais e instalações de pesquisa, para armazenar e transportar amostras biológicas, gases medicinais e outros materiais sensíveis.

3. Dewar de criostato aberto: Este é um tipo especializado de cilindro Dewar, usado para experimentos que requerem um grande volume de espaço em temperaturas criogênicas. Consiste em um recipiente revestido a vácuo com tampa aberta, que é preenchido com hélio ou nitrogênio líquido para criar um grande banho criogênico. Amostras ou instrumentos podem ser imersos no banho criogênico para experimentos como supercondutividade, física de baixas temperaturas e ciência de materiais.

4. Dewar criocirúrgico: Este é um cilindro dewar usado para realizar criocirurgia, um procedimento médico que usa frio extremo para destruir tecidos anormais, como tumores ou verrugas. Consiste em um recipiente revestido a vácuo com uma sonda longa e flexível, que é preenchida com nitrogênio líquido ou dióxido de carbono. A sonda é inserida no tecido a ser tratado e o líquido criogênico é liberado para congelar e matar as células anormais. Os cilindros Dewar criocirúrgicos são usados ​​em dermatologia, ginecologia e outras especialidades médicas.

Projeto e fabricação de cilindro Dewar

O projeto e a fabricação de um cilindro Dewar é um processo complexo e especializado que requer conhecimentos em ciência de materiais, termodinâmica e engenharia mecânica. As principais considerações ao projetar um cilindro Dewar são:

1. Transferência de calor: O objetivo principal de um cilindro Dewar é minimizar a transferência de calor entre o conteúdo e o ambiente, para manter a baixa temperatura do conteúdo. Isto requer o uso de materiais com baixa condutividade térmica, como aço inoxidável, alumínio ou vidro. O isolamento a vácuo entre os vasos internos e externos também desempenha um papel crítico na redução da transferência de calor.

2. Segurança: O armazenamento e manuseio de materiais criogênicos exigem medidas rigorosas de segurança, para evitar acidentes como explosões, vazamentos ou queimaduras. Os cilindros Dewar devem ser projetados e fabricados para suportar altas pressões e impactos e para evitar o escape de gases ou líquidos criogênicos. Também devem ser equipados com dispositivos de segurança como válvulas de alívio de pressão, discos de ruptura e alarmes.

3. Acessibilidade: Os cilindros Dewar devem ser projetados para facilitar o acesso, enchimento e distribuição do material criogênico. Isto inclui recursos como uma ampla abertura na parte superior, um fundo inclinado para drenagem completa e uma válvula ou torneira para distribuição controlada.

O processo de fabricação de um cilindro Dewar envolve várias etapas, incluindo:

1. Seleção e preparação do material: Os vasos internos e externos de um cilindro Dewar são normalmente feitos de materiais diferentes, como aço inoxidável e aço carbono. Os materiais devem ser selecionados com base na sua compatibilidade com o material criogênico, nas suas propriedades térmicas e na sua resistência mecânica. Eles são então cortados, moldados e polidos no tamanho e formato desejados.

2. Montagem: Os vasos internos e externos são montados e soldados entre si, usando técnicas de soldagem especializadas, como TIG ou soldagem por feixe de elétrons. O isolamento a vácuo é criado evacuando o espaço entre os recipientes ou preenchendo-o com um gás de baixa pressão, como hélio ou nitrogênio.

3. Teste e controle de qualidade: O cilindro Dewar é submetido a vários testes para garantir sua segurança e confiabilidade. Esses testes incluem testes de pressão, testes de vazamento e ciclos térmicos. O cilindro Dewar também deve atender a vários padrões e regulamentações, como o Código ASME para caldeiras e vasos de pressão, para garantir sua conformidade com os padrões de segurança.

Conclusão

Os cilindros Dewar são componentes essenciais no armazenamento e transporte de materiais criogênicos e desempenham um papel crítico em uma ampla gama de indústrias e aplicações. Eles são projetados e fabricados com cuidado para garantir sua segurança, confiabilidade e eficácia. À medida que a tecnologia avança e surgem novas aplicações para materiais criogénicos, a procura por cilindros Dewar continuará a crescer e o seu design e fabrico evoluirão para responder a novos desafios e requisitos.