27 de noviembre de 2023
Tiempo de lectura estimado: 5 minutos
Generación de nitrógeno internamente
El nitrógeno es el vehículo que permite que el oxígeno mantenga la vida en nuestro planeta. Pero, debido a una serie de características que lo hacen ideal para muchas aplicaciones industriales, hace mucho más que "simplemente" mantenernos vivos. La más importante de sus características es que el nitrógeno es un gas inerte, lo que significa que reacciona lentamente con otras sustancias. Esto lo hace ideal para cualquier aplicación en la que se deba evitar la oxidación lenta (por ejemplo, la corrosión de las placas de circuitos en la industria electrónica) o la oxidación rápida (por ejemplo, explosiones o incendios). Además, es inodoro e incoloro, lo que significa que el nitrógeno es un medio ideal para su uso en la industria de alimentos y bebidas, por ejemplo, para ampliar la fecha de caducidad de los productos alimenticios. Como resultado de estas propiedades, no es de extrañar que el nitrógeno esté en constante demanda en muchos sectores, desde las industrias de automoción y química hasta la acuicultura y el moldeo por inyección.
Nitrógeno: el gas más abundante del mundo
Afortunadamente, el nitrógeno está disponible en abundancia, ya que constituye la mayor parte del aire que respiramos, pero eso no significa que esté listo para su uso en todas las aplicaciones industriales mencionadas anteriormente, así como en muchas otras. El nitrógeno se puede obtener de tres maneras. Las empresas pueden alquilar un depósito de nitrógeno en sitio, adquirir el gas en botellas de alta presión o generar el tuyo propio. Muchas empresas se dan cuenta rápidamente de que las dos primeras opciones, que dependen de un proveedor externo, son incómodas, ineficientes y costosas. Por suerte, hay distintas maneras de generar tu propio nitrógeno y de controlar la cantidad, la pureza y la presión para cualquier aplicación. Además, garantiza que estas dispongan de un suministro ilimitado de nitrógeno disponible de forma ininterrumpida.
Por lo tanto, la generación de nitrógeno internamente mejora la flexibilidad de la producción y, como no hay ningún proveedor externo implicado, elimina los costos constantes de procesamiento de pedidos, reposición y entrega, y libera espacio necesario para almacenar las botellas de nitrógeno.
Cómo funciona un generador de nitrógeno
Básicamente, así es como funciona un generador de nitrógeno: separa las moléculas de nitrógeno de las moléculas de oxígeno del aire comprimido, lo que da lugar a un suministro purificado de nitrógeno. La generación de nitrógeno se puede realizar con un generador de nitrógeno de membrana o un generador de nitrógeno PSA (adsorción por cambio de presión) conectado a un compresor. Pero, ¿qué tecnología utilizar? Depende de la calidad de nitrógeno que necesites. Si, por ejemplo, solo necesitas inflar neumáticos o utilizar nitrógeno para evitar/extinguir incendios, bastará con un nivel de pureza de nitrógeno bajo del 90-99 % y un generador de nitrógeno de membrana. Sin embargo, se necesita un generador de nitrógeno PSA cuando se tienen que alcanzar purezas muy altas del 99,999 % o 10 PPM (partes por millón) e incluso superiores, por ejemplo, en la industria alimentaria o para el moldeo de plástico.
Además de permitir que las empresas controlen la cantidad de nitrógeno que desean producir junto con la presión y el grado de pureza, la generación del gas en sí misma tiene otras ventajas, ya que dejan de estar sujetas a fluctuaciones de precios en el mercado, ahorran costos de transporte y evitan retrasos. Además, las empresas que generan su propio nitrógeno no tienen que hacer frente al riesgo de seguridad que supone la manipulación de cilindros de alta presión, no generan residuos relacionados con pérdidas por evaporación ni tienen que devolver botellas de alta presión que nunca se vacían por completo. Con el tiempo, la inversión inicial para un generador de nitrógeno se amortiza porque los costos operativos se mantienen significativamente más bajos en comparación con la obtención de nitrógeno de terceros.
Ve este vídeo para obtener más información sobre el nitrógeno
Generadores de nitrógeno de membrana
Esta tecnología separa el aire en los gases que lo componen haciendo pasar aire comprimido a través de membranas semipermeables compuestas por haces de fibras huecas. Cada fibra es muy pequeña y tiene una sección transversal circular perfecta y un diámetro interior uniforme en su centro. En un extremo del módulo se introduce aire comprimido en las fibras y este entra en contacto con la membrana a medida que fluye a través de los diámetros interiores de la fibra. El oxígeno, el vapor de agua y otros gases atraviesan fácilmente la fibra de membrana y se descargan, pero el nitrógeno permanece dentro de la membrana y fluye a través del puerto de salida. Debido a que el vapor de agua atraviesa la membrana, el caudal de nitrógeno es muy seco y tiene puntos de rocío de hasta -50 °C (-58 °F).
La tecnología de membrana es sencilla y eficiente, sus unidades, compactas, requieren poco mantenimiento y no tienen costos operativos. Es ideal para las aplicaciones en las que el caudal necesario de nitrógeno sea relativamente bajo y los niveles de pureza no superen el 99 %. La tecnología de membrana supone una inversión inicial inferior a la necesaria para las tecnologías de alto caudal/alta pureza, como la de adsorción por cambio de presión (PSA).
Generadores de nitrógeno de adsorción por cambio de presión (PSA)
La adsorción es el proceso en el que los átomos, iones o moléculas de una sustancia (aire comprimido en este caso) se adhieren a la superficie de un adsorbente. Un generador PSA aísla el nitrógeno y los demás gases del flujo de aire comprimido (oxígeno, CO2 y vapor de agua) se adsorben, dejando el nitrógeno esencialmente puro. El PSA atrapa el oxígeno del flujo de aire comprimido cuando las moléculas se unen a un tamiz molecular de carbón. Esto ocurre en dos recipientes de presión separados (torre A y torre B), cada uno lleno de un tamiz molecular de carbón, que cambian entre un proceso de separación y un proceso de regeneración.
El aire comprimido limpio y seco entra en la torre A. Dado que las moléculas de oxígeno son más pequeñas que las de nitrógeno, se introducen por los poros del tamiz, pero como las de nitrógeno no caben por los poros, evitarán el tamiz y, como resultado, se obtiene el nitrógeno de la pureza deseada. Esta fase se denomina fase de adsorción o separación. La mayor parte del nitrógeno producido en la torre A sale del sistema listo para su uso o almacenamiento directo.
A continuación, una pequeña porción del nitrógeno generado fluye hasta la torre B en la dirección opuesta. Este flujo expulsa el oxígeno capturado en la fase de adsorción anterior de la torre B. Al liberar la presión de la torre B, los tamices moleculares de carbón pierden su capacidad de retener las moléculas de oxígeno, que se desprenden de los tamices y son arrastradas a través del pequeño flujo de nitrógeno procedente de la torre A. Este proceso de "limpieza" deja espacio para que las nuevas moléculas de oxígeno se adhieran a los tamices en la siguiente fase de adsorción.
La tecnología PSA permite un flujo continuo de nitrógeno de alta capacidad en aplicaciones exigentes con niveles de pureza de hasta el 99,999 %. Los generadores PSA tienen un coste de inversión inicial superior al de los generadores de membrana, pero ofrecen las ventajas de un mayor flujo y unos niveles de pureza superiores que exigen algunas industrias y aplicaciones.
Pregunta a un profesional en sistemas de aire para averiguar cuál es la mejor solución para generar nitrógeno internamente.
Temas relacionados
Tratamiento de aire y gas Técnicas de Compresión NGM⁺ Compresores de aire Sistemas de generación de nitrógeno Sistemas de generación de nitrógeno y oxígeno NGM
