| Cmo producir tu propio nitrgeno |
| Los elevados costes de la energa estn provocando que muchas industrias busquen alternativas de autogeneracin energtica. Como ya ha ocurrido con la energa elctrica, las empresas estn empezando a generar su propio nitrgeno. |
u6d15 El nitrgeno, junto con el aire comprimido, son dos de los gases ms utilizados en la industria. El aire comprimido como fuente de energa es la base del funcionamiento de mucha maquinaria industrial y como materia prima se utiliza, entre otras aplicaciones, para producir nitrgeno. Lo habitual en la industria de produccin o manufacturera es disponer de una planta de aire comprimido adecuada a cada proceso de fabricacin. Utilizando como base esa capacidad de produccin de aire comprimido se puede usar una parte de sta para la autogeneracin de nitrgeno. El aire atmosfrico aspirado por los compresores est compuesto en un alto porcentaje (78%) por nitrgeno. Este nitrgeno se puede extraer del aire comprimido mediante equipos que separan este gas de la corriente de aire comprimido, canalizndolo de forma independiente para su uso dentro de cada proceso industrial. Adems del nitrgeno, el aire atmosfrico tiene un 21% de oxgeno y un 1% de otros gases como el argn, nen, helio, metano, criptn, hidrgeno
En esta mezcla de gases que forman la atmsfera tambin hay otros cuya concentracin es variable, siendo el ms importante el vapor de agua. El agua en forma de vapor es un gas que afectar continuamente a la produccin de aire comprimido y por lo tanto a la obtencin de nitrgeno, debido a su gran capacidad para condensarse. Bastar subir la presin o reducir la temperatura del aire atmosfrico para que en el proceso donde se utilice aparezca agua condensada. La autogeneracin de nitrgeno no es una moda sino una posibilidad real de conseguir un gas vital en muchos procesos industriales. Como cualquier sistema tiene sus ventajas e inconvenientes. Las principales razones por las que muchas industrias han decidido cambiar a este proceso de autogeneracin son varias:
Antes de iniciar un cambio a la autogeneracin de nitrgeno es conveniente analizar estas razones para ver cmo encajan dentro de cada industria. Hoy en da es muy sencillo autogenerar el nitrgeno necesario con la instalacin de un equipo generador, que se puede comprar o alquilar, y que permitir mantener una lnea de produccin constante en cada fbrica, adaptndolo a la pureza, caudal y presin que requiera cada proceso. Existen dos sistemas de autogeneracin:
Qu sistema de autogeneracin de nitrgeno se debe elegir? 1s122aPara resolver esta pregunta, lo primero que hay que definir es la pureza, caudal y presin del nitrgeno que se necesita usar. Pureza Esta es la caracterstica ms importante del nitrgeno que se va a utilizar en cada proceso. Conviene estudiar con detalle y definir claramente este aspecto. Habitualmente, en la industria se utilizan diferentes grados de pureza que suelen variar entre el 97% y el 99,999%. Cambiar un 0,1% en la calidad del nitrgeno podra suponer adquirir un equipo ms caro y con un consumo energtico muy superior, por lo que definir correctamente este valor es importante para seleccionar el equipo ms eficiente para cada proceso. En realidad, los generadores tienen un consumo energtico muy reducido (solo algunos watios), pero el aire comprimido necesario para conseguir el caudal de nitrgeno requerido podra ser muy elevado. A continuacin, se expone un ejemplo aproximado con el objetivo de ver la diferencia: Caudal de aire comprimido necesario para conseguir 10 Nm3/h de nitrgeno
Estos datos solo son orientativos porque cada fabricante o tecnologa pueden tener variaciones debido a la eficiencia de cada equipo y a otras consideraciones tcnicas. Pero s demuestran que segn se aumenta el grado de pureza del nitrgeno, para un caudal constante, ser necesario ms aire comprimido. En resumen, se necesitar un compresor de ms potencia y por lo tanto un consumo energtico mayor. Caudal La definicin del caudal la dar el proceso para el que se necesita el nitrgeno. Su clculo se basa en los mismos principios que habra que usar para el clculo del caudal de un proceso de aire comprimido. En este enlace se puede ver un artculo relacionado 4 consejos para calcular el caudal de un compresor. Presin Al igual que el caudal, la presin requerida para el nitrgeno est definida por el proceso industrial para el que sea necesario. A la hora de considerar la presin es importante saber que la presin de salida de los generadores est por debajo de la presin de entrada del aire comprimido al generador. Estos valores, en el caso de algunas aplicaciones para envasado de productos alimentarios, por ejemplo, podran ser suficientes o incluso elevados, pero para otros procesos como el corte por lser son significativamente inferiores. Si la presin de salida del generador es muy elevada se puede resolver con la instalacin de un manorreductor en el generador o en el punto de consumo. Para aquellas aplicaciones donde se necesita una presin superior, como el corte por lser, ser necesario la instalacin de un compresor booster, que eleve la presin del nitrgeno a los valores requeridos. Una vez definidos pureza, caudal y presin, hay que analizar qu equipo puede producir el nitrgeno necesario con un proceso econmico y energticamente eficiente. Para ello hay que conocer cmo funcionan y cules son las ventajas de las diferentes tecnologas disponibles. Qu es una PSA (Pressure Swing Adsorption)? 232d44Existen varios sistemas para producir nitrgeno. Uno de ellos es mediante el uso de generadores de nitrgeno tipo PSA. Estos equipos utilizan la tecnologa de adsorcin por cambio de presin para conseguir aislar el nitrgeno que luego se usar en el proceso industrial correspondiente. Cada fabricante de generadores ha desarrollado su propio equipo y sistema de funcionamiento, pero todos se basan en el mismo principio por el cual el gas es separado en el interior de dos tanques presurizados y llenos de un tamiz molecular, que para el caso de la obtencin de nitrgeno es carbn activo. Cuando se hace circular la corriente de aire comprimido a travs de este tamiz y se presuriza el depsito donde se encuentra, el oxgeno, el dixido de carbono y el vapor de agua que contena el citado aire comprimido son absorbidos en mayor o menor porcentaje dejando libre el nitrgeno que seguir su camino hasta el exterior del generador. Este porcentaje est definido por el valor de pureza del nitrgeno, determinado previamente, y que ser la base junto al caudal y la presin de aire comprimido para la seleccin del modelo de generador adecuado al proceso. Cada generador consta de dos torres. En una de ellas se realiza el proceso de adsorcin y por lo tanto la obtencin del nitrgeno gas. Al mismo tiempo, en la otra se realiza un proceso de regeneracin mediante el cual el tamiz de carbn es liberado del oxgeno, dixido de carbono y vapor que absorbi durante el proceso de adsorcin anterior.
Las dos torres trabajan en paralelo en un proceso automtico donde una de ellas est produciendo nitrgeno y la otra se est regenerando. El cambio de torres est programado por el fabricante en un proceso continuo donde solo se interrumpe en caso de que exista algn problema de funcionamiento que el equipo tenga contemplado en su sistema de control. Qu es un generador de nitrgeno de membrana? f3o47Otro de los equipos que pueden usarse en la produccin de nitrgeno es el generador de membrana. Al igual que en el equipo anterior, los generadores de membrana estn diseados para separar el nitrgeno de la corriente de aire comprimido que procede del compresor. En estos equipos se utilizan haces compactos de membranas de fibra hueca a travs de los cuales se pasa el aire comprimido. Su funcionamiento est basado en el principio de permeacin selectiva, por el cual cada clase de gas tiene una capacidad diferente para atravesar una membrana, es decir, la pared de las fibras. De todos los gases que forman parte de la corriente de aire comprimido, el oxgeno es el que tiene una capacidad mayor para atravesar la membrana y por lo tanto es el primero en desaparecer de la corriente de aire. Otros, como el vapor de agua, son ms lentos, pero tambin terminan por desaparecer del flujo.
El nitrgeno por el contrario tiene una capacidad inferior lo que le permite viajar por el interior de la membrana durante ms tiempo y ser recogido a la salida para ser canalizado hasta su uso en el proceso productivo. Durante todo este proceso tambin se pierde una parte de nitrgeno por lo que los grados de pureza de este sistema no son muy elevados. Qu tecnologa usar para producir nitrgeno, PSA o Membrana? 1j276cAmbas tecnologas son perfectamente vlidas para la produccin de nitrgeno gas. La diferencia entre una u otra se define principalmente por el grado de pureza al que es capaz de llegar y el caudal producido. La siguiente tabla muestra algunas de sus principales caractersticas:
En ningn caso compararemos el precio de una tecnologa sobre la otra porque entendemos que lo que debe primar a la hora de elegir un sistema u otro no es el coste de compra, sino el grado de eficiencia / pureza que se necesita para el proceso. Por muy barato que sea un sistema, si no llega al grado de pureza necesario no ser vlido en ningn caso. Qu calidad de aire comprimido requieren los generadores de nitrgeno, PSA o Membrana? 5hz6eEste es un aspecto muy importante que considerar en una instalacin de autogeneracin de nitrgeno. Recomendamos consultar al fabricante de cada generador para que indiquen el nivel de calidad de aire comprimido requerido para su equipo. Como mnimo hay considerar los siguientes valores:
El generador es un equipo muy valioso y en general con un bajo mantenimiento por lo que resulta mucho ms econmico mantener una calidad de aire comprimido adecuada que pagar una reparacin del equipo. Qu es el nitrgeno? 4b4j3cEl nitrgeno es un gas inodoro, incoloro e inspido. Junto con el oxgeno representan la mayor concentracin de gases en la atmsfera. Dentro de la tabla peridica el nitrgeno tiene como smbolo la N y su nmero atmico es el 7.
Una de las ventajas del nitrgeno es que sus tomos tienen una unin muy fuerte y lo convierten en un gas muy estable e inerte en condiciones normales, que apenas interfiere en reacciones qumicas. Tampoco es un buen conductor de la electricidad ni del calor. Habitualmente, el nitrgeno se representa como un gas diatmico por lo que es ms conocido con el smbolo N2. Aunque sea un gas inerte, el nitrgeno es de vital importancia en el ciclo de vida de nuestro planeta. Es un componente de aminocidos, protenas y cidos nucleicos. Es posible que el nitrgeno, junto al hidrgeno, sean los gases bsicos para la industria del futuro.
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