MANUAL DE PROCEDIMIENTO DE CARGA DE HELIO EN UN RESONADOR MAGNÉTICO
30 de mayo de 2011
INTRODUCCION En este manual, daremos a conocer las consideraciones que se deben tener al momento de realizar una carga de Helio. El imán superconductor es enfriado con helio líquido o nitrógeno líquido, según sea el tipo de imán. Todos los líquidos utilizados como refrigerantes para obtener temperaturas muy bajas se les conoce como criogénicos. Para operar los imanes superconductores, las temperaturas deben ser cercanas al cero absoluto (-273 ° C). El helio líquido y nitrógeno tienen puntos de ebullición muy bajo y se evaporan rápidamente debido al bajo calor específico de la evaporación. Punto de ebullición del helio: -269 ° C Punto de ebullición del nitrógeno: -196 ° C A temperatura ambiente (20 ° C), 1 Lt de helio líquido se producen unos 750 litros de gas de helio y 1 Litro de nitrógeno líquido produce unos 700 litros de gas nitrógeno.
LOS PELIGROS POTENCIALES RELACIONADOS CON CRIOGENOS
Propiedades de los criógenos - Riesgos para la salud. - Inodoro. - No inflamable. - No tóxicos. - Helio es más ligero que el aire. - Cuando se evapora, que producen nieblas frías que se propagan. - Niebla de nitrógeno rápidamente cae al suelo.
Criógenos líquido. El manejo incorrecto de helio y nitrógeno puede resultar en: - Riesgo de congelación - Riesgo de asfixia - Riesgo de condensación de oxígeno Siga las precauciones de seguridad descritas a continuación para evitar lesiones.
Riesgo de quemadura por frío Al manipular nitrógeno líquido y helio, en contacto con la piel se debe evitar por todos los medios. Las salpicaduras en la piel causan daños en la piel similares a quemaduras. Los ojos son particularmente vulnerables. Las partes metálicas expuestas a criógenos (líneas de transferencia, líneas de ventilación, conductores eléctricos, etc.) también se pondrán sumamente fríos. El contacto debe ser evitado.
Riesgo de asfixia Una fuga de gas helio o nitrógeno desplazarán el oxígeno. La concentración de oxígeno del aire ambiente, no debe ser menos de 17% a 18% para la respiración humana.
Si hay una nube de fugas de helio o nitrógeno en la sala de examen, es recomendable inmediatamente evacuar la sala y volver a entrar sólo después de que el nivel de oxígeno sea suficiente.
Riesgo de condensación de oxígeno La temperatura de la superficie de los contenedores de nitrógeno o helio pueden ser lo suficientemente baja para condensar oxígeno o aire enriquecido con oxígeno que aumenta el riesgo de incendio. Si la grasa, aceite u otros materiales combustibles está en la vecindad de estos contenedores, el escape de gases criogénicos puede conducir a la formación de un líquido potencialmente combustibles debido a la licuefacción de aire y la concentración de oxígeno.
MEDIDAS EN CASO DE ACCIDENTES RELACIONADOSCON CRIOGENOS
Peligro de asfixia Mover a las personas inconscientes hacia el aire fresco inmediatamente. Proporcionar reanimación boca a boca y / o resucitación cardiopulmonar (CPR) según sea necesario. Llame una ambulancia o consulte a un médico.
La congelación / quemaduras No se frote la piel congelada. Para descongelar, lavar con abundante agua tibia (41-46ºC) y cubra con un vendaje estéril. Consulte a un médico en caso de formación de ampollas.
MANEJO DE CRIOGENOS DURANTE EL LLENADO / RECARGA • Los siguientes requisitos deben cumplirse antes de trabajar con criógenos: - Usar ropa de protección. - Las señales de peligro están presentes. - Sistema de aire acondicionado está en funcionamiento. - El sistema de escape ha sido correctamente instalado. • El relleno puede ser realizado solo por personal entrenado. • La recarga está prohibida durante los exámenes. • Use ropa de protección para la manipulación de los gases líquidos. - Guantes de seguridad. - Guantes de trabajo. - Careta. - Una bata de laboratorio (algodón o lino). - zapatos de seguridad no magnéticos.
• Los cilindros de gas (helio) utilizados para rellenar no se puede mover en el campo magnético bajo ninguna circunstancia, debido al aumento del riesgo de accidentes. • Subir encima de los cilindros está prohibido. Si el trabajo en el cuello de la botella es necesario, utilice una escalera de mano diseñada específicamente para este propósito. Las escaleras deben ser examinadas de forma regular para asegurarse de que estén en buenas condiciones de funcionamiento. Siga las normas de prevención de accidentes aplicables.
PROCEDIMIENTO: El profesional, al recepcionar el Dewar debe realizar la medición de la cantidad de helio en el interior de éste. Esta se puede realizar de dos maneras: -
Se pesa del Dewar, se le resta la tara, y de acuerdo a la Densidad del Helio Liquido (0.1248 Kg/Lt), se calcula el volumen que este contiene.
-
Usando un "Clacker", esencialmente un largo tubo delgado de acero inoxidable con un resonador cerrado en la parte superior. Cuando el tubo se inserta en el Dewar, el líquido inicialmente va a tratar de fluir por el tubo porque el aire en el interior se enfría y se contrae. Sin embargo, el helio liquido en el interior del tubo de hervirá y el vapor empujará el líquido de la parte inferior. Este ciclo continuará de forma periódica, dando lugar a una oscilación que es amplificada por el resonador en la parte superior del Clacker. Con éste método, medimos la profundidad del nivel de llenado, y este dato lo llevamos a la tabla que posee el Dewar en la cual se indica cuanta cantidad de helio hay en el interior de acuerdo a este dato.
Esta medición en muy importante, ya que con esto el profesional se hace una idea de que cantidad de helio va a cargar.
El procedimiento de carga es prácticamente genérico, se deben tener algunas consideraciones, tales como la capacidad del magneto, para este manual tomaremos como referencia los resonadores ELSCINT, en 2T su capacidad es de 720 Litros, y en 0.5T es de 360 Litros. Antes de comenzar con la carga, de debe tomar nota del nivel de helio actual, el cual nos servirá para corroborar que se efectuó una carga exitosa, y se debe preparar el lugar de trabajo. Para el caso del imán de 2T de deben remover las tapas del imán y colocar una escala de aluminio, para poder llegar hasta la parte superior del mismo. Para el caso del imán de 0.5T de debe colocar la plataforma de trabajo. Una vez que se ha realizado la medición del Dewar, se han colocado los fitti ngs adecuados, tanto para la lanza de carga como para la inyección de helio gaseoso, y se ha dejado el Dewar sin presión, se procede a ventear las lanzas de carga con helio gaseoso extra-puro, este procedimiento se realiza para remover el aire que pueda quedar al interior de estas. A continuación se procede a introducir la lanza de carga al interior del Dewar, no sin antes cerciorarse del estado de las manillas en el dewar, válvula de sobre presión (cerrada), válvula de descarga (abierta), válvula de carga (abierta), este procedimiento se realiza lentamente ya que estamos introduciendo un elemento a muy alta temperatura en un ambiente criogenizado, una vez introducida la lanza, se cierra la válvula de descarga. Una vez realizada la maniobra se lleva el Dewar hacia el magneto. A continuación estando con el Dewar en la sala de examen, se procede a ventear la lanza de carga del magneto, para luego introducirla en éste, esta maniobra es de sumo cuidado, ya que al remover el tapón de carga, saldrá vapor de helio a presión. Una vez realizada esta maniobra se debe conectar la línea de helio gaseoso extra-puro a la válvula de descarga del Dewar, ya que de esta forma manera empujaremos el helio liquido, inyectamos 1 psi para empezar a empujar el helio. Nos encontramos en la siguiente situación, está saliendo vapor de helio por la línea de carga conectada al imán, y esta saliendo vapor de helio por la línea de carga conectada al Dewar, una vez que empieza a salir helio liquido por la línea de carga conectada al Dewar se procede a realizar la unión mecánica de ambas lanzas, esta maniobra se debe realizar rápidamente, para evitar accidentes por derramamiento de helio, y para evitar el congelamiento de la unión mecánica. A continuación se procede a subir la presión de carga en forma paulatina hasta 3,5 psi, de esta forma realizamos una carga lenta pero segura. Ahora que tenemos todo el sistema funcionando, procedemos a monitorear la carga, chequeando la presión de carga en forma permanente, y chequeando las temperaturas y el porcentaje de nivel de helio en el cryogradac, en este punto debemos ver de acuerdo a los datos recopilados inicialmente si realizaremos:
- Una carga final, en la cual vaciaremos el Dewar. - El Dewar posee mayor cantidad de helio del que se va a cargar. En el primer caso el criogradac nos entregará información muy relevante en la segunda etapa (2ND Stage), ya que esta temperatura irá bajando hasta un punto de estabilización, y cuando la carga este por terminar, esta temperatura bajará levemente y luego comenzará a subir, este es el indicador de que la carga ha terminado, y debemos desconectar el Dewar rápidamente, ya que no debemos inyectar helio gaseoso al magneto, porque esto podría provocar un QUENCH. Otra forma de saber cuando la carga esta terminando, es escuchar el Dewar, ya que a este cuando le queda poco helio comienza a silvar. En el segundo caso el criogradac nos entregará el porcentaje de helio con el que se está cargando el magneto, una vez llegado al 97% comenzaremos las maniobras de cese de carga ya que si se carga con demasiado helio se podría congelar el cabezal frío. La maniobra de desconexión debe realizarse de la siguiente forma: -
Se abre válvula de descarga. Se cierra paso de helio gaseoso. Se desconecta unión mecánica de lanzas de carga. Se retira lanza de carga del magneto Se coloca tapón en magneto. Se saca lanza de carga del dewar Se recuperan fittings Se procede a guardar todos los elementos que se ocuparon en la carga Se recopita información po útlima vez y se calcula la cantidad de helio cargado.
C arg a ( Lt ) =
( % He. final− % He. inicial ) 100
×
Capacidad _ del _ magneto (Lt )
. 5% perdidas _ c arg a He _ medido= C arg a( Lt )+ 5% perdidas _ transp+
ANEXO: Quench Un QUENCH es causado por un calentamiento excesivo de los cables del imán sumergido en helio líquido (por ejemplo, inducida por la pérdida de vacío, la interferencia mecánica, el exceso de fuerzas externas, etc.) Los imanes superconductores pueden emitir hasta varios cientos de litros de gases criogénicos por horas durante la operación normal. Durante el QUENCH, el helio líquido se cambia de un estado líquido a un estado gaseoso. Un litro de helio líquido es igual a unos 750 litros de gas. Por lo general, el 60% del helio líquido se cambia a un estado gaseoso. Esto resulta en aprox. 750.000 litros de gas que se ventilan en pocos minutos. Por lo general, un QUENCH se produce cuando la cantidad de helio líquido ya no es suficiente para enfriar la bobina superconductora. Debido al aumento de la temperatura de la bobina, los alambres superconductores quedan expuestos a conductividad normal, provocando excesiva evaporación. Si la ventilación adecuada no está instalada, tres efectos pueden ocurrir durante rápida de evaporación causada por un QUENCH: - Excesiva cantidad de gases de refrigeración congelan las moléculas de agua en el área adyacente al imán, provocando una niebla densa y blanca. - El oxígeno en la sala se verá desplazado por el helio, lo que hace difícil, si no imposible, respirar. - El gas helio que se escapa durante un QUENCH es extremadamente frío y puede incluso congelar objetos en su camino.
