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Como um gerador de nitrogênio funciona

O ar que respiramos tem cerca de 78% de nitrogênio, mas o nitrogênio em um nível mais alto de pureza tem uma ampla variedade de aplicações práticas em muitas indústrias. As empresas que usam nitrogênio podem se beneficiar da geração de nitrogênio internamente

15 de Abril de 2022

Tempo de leitura estimado: 5 minutos

Gerando nitrogênio internamente

Uma imagem animada mostrando um símbolo de nitrogênio
O nitrogênio é o veículo que permite que o oxigênio sustente a vida em nosso planeta. Mas, devido a uma gama de caraterísticas que o tornam ideal para muitas aplicações industriais, ele faz muito mais do que "simplesmente" nos manter vivos. A mais importante de suas caraterísticas é que o nitrogênio é um gás inerte, o que significa que é lento reagir com outras substâncias. Isso o torna ideal para qualquer aplicação em que a oxidação lenta (por exemplo, a corrosão das placas de circuito na indústria eletrônica) ou a oxidação rápida (por exemplo, explosões ou incêndios) devem ser evitadas. Além disso, é inodoro e incolor, o que significa que o nitrogênio é um meio ideal para ser usado nas indústrias de alimentos e bebidas – por exemplo, para estender a data de validade dos produtos alimentícios. Como resultado dessas propriedades, não é surpresa que o nitrogênio esteja em constante demanda em muitos setores, desde as indústrias automotiva e química até a aquicultura e moldagem por injeção.

Nitrogênio: o gás mais abundante do mundo

Felizmente, o nitrogênio está disponível em abundância, compondo a maior parte do ar que respiramos. Mas isso não significa que ele esteja pronto para uso em todas as aplicações industriais mencionadas, bem como em muitas outras. O nitrogênio pode ser obtido de três maneiras. As empresas podem alugar um tanque de nitrogênio no local, entregar o gás em cilindros de alta pressão ou gerar seu próprio gás. Muitas empresas percebem rapidamente que as duas primeiras opções, que dependem de um fornecedor terceirizado, são inconvenientes, ineficientes e caras. Felizmente, existem maneiras de gerar seu próprio nitrogênio e controlar a quantidade, a pureza e a pressão para qualquer aplicação – e garantir que eles tenham um suprimento infinito de nitrogênio, disponível 24 horas por dia.

 

Assim, a geração de nitrogênio internamente aumenta a flexibilidade da produção e, como não há nenhum fornecedor terceirizado envolvido, elimina o processamento constante de pedidos, reabastecimentos e custos de entrega, além de liberar espaço necessário para armazenar cilindros de nitrogênio.

Como funciona um gerador de nitrogênio

Essencialmente, é assim que um gerador de nitrogênio funciona: ele separa as moléculas de nitrogênio das moléculas de oxigênio no ar comprimido, resultando em um suprimento de nitrogênio purificado. A geração de nitrogênio pode ser feita com um gerador de nitrogênio por membrana ou um gerador de nitrogênio com PSA (adsorção por oscilação de pressão) conectado a um compressor. Mas qual tecnologia usar? Bem, depende da qualidade do nitrogênio que você precisa. Se, por exemplo, você só precisa encher os pneus ou usar nitrogênio para evitar/suprimir incêndios, então um baixo nível de pureza de nitrogênio de 90-99% e um gerador de nitrogênio por membrana serão suficientes. No entanto, um gerador de nitrogênio com PSA é necessário quando você precisa atingir purezas muito altas de 99,999% ou 10 PPM (partes por milhão) e ainda mais altas, por exemplo, na indústria de alimentos ou para moldagem de plástico.

 

Além de permitir que as empresas controlem a quantidade de nitrogênio que desejam produzir, qual pressão e grau de pureza, gerar o próprio gás tem outros benefícios. Elas não estão mais sujeitas a flutuações de preços no mercado, economizam custos de transporte e evitam atrasos. Além disso, as empresas que geram seu próprio nitrogênio não precisam enfrentar o risco de segurança que vem com o manuseio de cilindros de alta pressão, elas não incorrem em resíduos relacionados a perdas de ebulição ou precisam devolver cilindros de alta pressão que nunca podem ser totalmente esvaziados. Com o tempo, o investimento inicial para um gerador de nitrogênio compensa porque os custos operacionais são mantidos significativamente mais baixos em comparação com a obtenção de nitrogênio de terceiros.

 

Assista a este vídeo para saber mais sobre o nitrogênio

Geradores de nitrogênio por membrana

Essa tecnologia separa o ar em gases componentes passando ar comprimido barato através de membranas semipermeáveis que consistem em feixes de fibras ocas individuais. Cada fibra é muito pequena, tem uma seção transversal perfeitamente circular e um orifício uniforme em seu centro. Em uma extremidade do módulo, o ar comprimido é introduzido nas fibras e entra em contato com a membrana à medida que flui através dos orifícios de fibra. Oxigênio, vapor de água e outros gases residuais permeiam facilmente a fibra da membrana e são descarregados, mas o nitrogênio fica contido na membrana e flui através da porta de saída. Como o vapor de água atravessa a membrana, o fluxo de gás nitrogênio é muito seco, com pontos de orvalho de até -50 °C (-58 °F).

A tecnologia de membrana é simples e eficiente, com unidades compactas e multifuncionais que exigem pouca manutenção e têm custos operacionais zero. É ideal para aplicações em que o fluxo necessário de nitrogênio é relativamente baixo e os níveis de pureza não excedem 99%. A tecnologia de membrana tem um investimento inicial menor do que as tecnologias de alto fluxo/alta pureza, como a PSA (Pressure Swing Adsorption).

Geradores de nitrogênio com PSA (Pressure Swing Adsorption)

Imagem mostrando uma aplicação de geradores de nitrogênio em uma fábrica
A adsorção é o processo no qual átomos, íons ou moléculas de uma substância (ar comprimido neste caso) aderem a uma superfície de um adsorvente. Um gerador com PSA isola o nitrogênio e os outros gases no fluxo de ar comprimido (oxigênio, CO2 e vapor de água) são adsorvidos, deixando para trás o nitrogênio essencialmente puro. A PSA retém o oxigênio do fluxo de ar comprimido quando as moléculas se ligam a uma peneira molecular de carbono. Isso acontece em dois recipientes de pressão separados (torre A e torre B), cada um preenchido com uma peneira molecular de carbono, que alternam entre um processo de separação e um processo de regeneração.

O ar comprimido limpo e seco entra na torre A. Como as moléculas de oxigênio são menores que as moléculas de nitrogênio, elas passam pelos poros da peneira. As moléculas de nitrogênio não podem passar pelos poros, então elas contornam a peneira, resultando em nitrogênio com a pureza desejada. Essa fase é chamada de fase de adsorção ou separação. A maior parte do nitrogênio produzido na torre A sai do sistema, pronto para uso direto ou armazenamento.

Em seguida, uma pequena parte do nitrogênio gerado flui para a torre B na direção oposta. Esse fluxo empurra o oxigênio que foi capturado na fase de adsorção anterior da torre B. Ao liberar a pressão na torre B, as peneiras moleculares de carbono perdem a capacidade de reter as moléculas de oxigênio, que se desprendem das peneiras e são transportadas pelo pequeno fluxo de nitrogênio proveniente da torre A. Esse processo de "limpeza" abre espaço para que novas moléculas de oxigênio se liguem às peneiras em uma próxima fase de adsorção.

A tecnologia PSA permite fluxo contínuo de nitrogênio de alta capacidade em aplicações exigentes com níveis de pureza de até 99,999%. Os geradores com PSA têm um custo de investimento inicial mais alto do que os geradores por membrana, mas oferecem as vantagens de maior fluxo e níveis de pureza mais altos que alguns setores e aplicações exigem.

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Como um gerador de nitrogênio funciona

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