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Nitrogénio temporário: soluções e tecnologias

Sabia que o ar que nos rodeia é composto maioritariamente por nitrogénio? Todos necessitam de oxigénio para sobreviver. No entanto, o ar que respiramos é composto por 78% de nitrogénio, contendo apenas 21% de oxigénio e pequenas quantidades de outros gases. O corpo humano não utiliza este nitrogénio, porém, este é extremamente útil em várias aplicações industriais.

O que é o nitrogénio?

Começando pelo básico, o nitrogénio é um gás inerte inodoro, incolor e que não sustenta a vida. Contudo, este é importante para o crescimento das plantas e um aditivo fundamental nos fertilizantes, mas a sua utilização vai muito além do seu jardim. Normalmente, o nitrogénio surge sob a forma líquida ou gasosa (embora também seja possível obter nitrogénio sólido). O nitrogénio líquido é utilizado como refrigerante, capaz de congelar alimentos rapidamente, e em investigação médica, bem como em tecnologia reprodutiva. Para efeitos desta explicação, vamos ficar pelo nitrogénio gasoso.

O nitrogénio é amplamente utilizado, principalmente, devido ao facto de este não reagir quando exposto a outro gás, ao contrário do oxigénio, que é muito reativo. Devido à sua composição química, os átomos de nitrogénio necessitam de mais energia para serem separados e para reagirem com outras substâncias. Por outro lado, as moléculas de oxigénio são mais fáceis de separar, o que torna este gás muito mais reativo. O nitrogénio gasoso corresponde ao oposto, proporcionando ambientes não reativos quando necessário.

A falta de reatividade do nitrogénio é a sua maior qualidade e, consequentemente, este é utilizado para evitar a oxidação lenta e rápida. A indústria eletrónica é um exemplo perfeito da sua utilização, uma vez que, durante a produção de placas de circuitos e outros pequenos componentes, pode ocorrer a oxidação lenta sob a forma de corrosão.

A oxidação lenta também não é estranha à indústria de alimentos e bebidas onde, neste caso, o nitrogénio é utilizado para deslocar ou substituir o ar, de forma a preservar melhor o produto final. As explosões e os incêndios são um bom exemplo de oxidação rápida, pois têm de ser alimentados por oxigénio. A remoção do oxigénio de um reservatório com a ajuda de nitrogénio reduz a probabilidade da ocorrência destes acidentes.

Soluções temporárias de nitrogénio

Se necessitar de alimentação temporária de nitrogénio, o ideal é alugar equipamento e gerar o seu próprio nitrogénio no local com ar comprimido. Tal permite o controlo total da quantidade, pressão e pureza para uma determinada aplicação.Existem dois tipos de geradores de nitrogénio na nossa frota:
  • Geradores de azoto de membrana
  • Geradores de nitrogénio de adsorção com modulação da pressão
Uma vez que a Atlas Copco Rental não oferece apenas soluções totais em terra, temos geradores de nitrogénio adequados para aplicações offshore. A mesma qualidade e fiabilidade, mas com caraterísticas de segurança adicionais para lidar com a vida no mar. Espaço limitado? Não há problema. Temos geradores de nitrogénio de membrana com compressor integrados num recipiente de 20 pés com estrutura de elevação com aprovação DVN 2.7-1.

Como funciona a tecnologia de membrana?

Os geradores de nitrogénio de membrana baseiam-se num princípio de funcionamento simples. A parte principal de um gerador de membrana é o módulo da membrana (+/- 10 cm de diâmetro), que se encontra repleto de pequenas fibras de polímero ocas. Primeiro, o ar comprimido seco e limpo entra e, devido à estrutura destas fibras, uma porção de ar flui para o exterior da fibra. Este processo é denominado infiltração. Durante este processo, a água, o oxigénio e algum árgon saem através dos lados da membrana das fibras. No final, resta apenas nitrogénio. Isto é possível porque diferentes moléculas se infiltram a diferentes velocidades.O H2O infiltra-se muito rapidamente, o oxigénio demora um pouco mais. O árgon e o nitrogénio infiltram-se lentamente, o que significa que permanecem nas fibras algum tempo após o H2O e o oxigénio terem saído (parte do árgon também se infiltra, mas seria pouco eficiente removê-lo completamente do caudal de ar).Devido à infiltração através da parede de fibra, ocorreria uma sobrepressão no interior do alojamento da membrana. As fibras ficariam obstruídas e a eficiência da infiltração seria significativamente reduzida. Para evitar que tal aconteça, existe uma abertura no alojamento, o respiradouro de infiltração, por onde estes gases de "escape" (incluindo H2O, oxigénio e árgon) podem sair.

Como funciona a adsorção com modulação da pressão?

Ao produzir o seu próprio nitrogénio, é importante saber e compreender o nível de pureza que pretende atingir. Algumas aplicações requerem baixos níveis de pureza (entre 90 e 99%), tais como o enchimento de pneus e a prevenção de incêndios, enquanto outras, tais como aplicações na indústria de alimentos e bebidas ou de moldes de plástico, requerem níveis elevados (entre 97 e 99,999%). Nestes casos, a tecnologia PSA é a opção ideal e mais adequada. Na sua essência, um gerador de nitrogénio funciona separando as moléculas de nitrogénio das moléculas de oxigénio no ar comprimido. A adsorção com modulação da pressão fá-lo ao reter o oxigénio do caudal de ar comprimido utilizando adsorção.

A adsorção ocorre quando as moléculas se ligam a um adsorvente, neste caso, as moléculas de oxigénio ligam-se a um peneiro molecular de carbono (CMS). Isto acontece em dois reservatórios de pressão separados, cada um cheio com um CMS, que alternam entre o processo de separação e o processo de regeneração. Por enquanto, chamemos-lhes torre A e torre B. Em primeiro, o ar comprimido limpo e seco entra na torre A e, uma vez que as moléculas de oxigénio são mais pequenas do que as moléculas de nitrogénio, estas entram nos poros do peneiro de carbono. Por outro lado, as moléculas de nitrogénio não se encaixam nos poros e, por esse motivo, contornam o peneiro molecular de carbono. Como resultado, obtém nitrogénio com a pureza pretendida.

Esta fase é denominada fase de adsorção ou separação. No entanto, isto não é tudo. A maior parte do nitrogénio produzido na torre A sai do sistema (pronto para utilização direta ou armazenamento), enquanto uma pequena porção do nitrogénio gerado entra na torre B na direção oposta (de cima para baixo). Este caudal é necessário para empurrar o oxigénio preso na fase de adsorção anterior da torre B. Ao libertar a pressão na torre B, os peneiros moleculares de carbono perdem a sua capacidade de reter as moléculas de oxigénio. Estas soltam-se das peneiras e são transportadas através do escape pelo pequeno caudal de nitrogénio proveniente da torre A.

Desta forma, o sistema cria espaço para que as novas moléculas de oxigénio se liguem aos peneiros na fase de adsorção seguinte. Este processo de "limpeza" é denominado regeneração da torre saturada de oxigénio.

Quer saber mais sobre as nossas soluções de nitrogénio para aplicações no local ou offshore?

Nitrogénio temporário: soluções e tecnologias

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