Cómo funciona un generador de nitrógeno

Función del generador de nitrógeno: la función principal de un generador de nitrógeno es proporcionar una fuente continua, fiable y bajo demanda de nitrógeno adaptada al nivel de pureza requerido. Esto lo hace esencial para industrias en las que la oxidación debe controlarse o prevenirse, como:

• Fabricación de componentes electrónicos: prevención de la corrosión de las placas de circuitos.
• Industria alimentaria y de bebidas: prolongar la vida útil reduciendo la exposición al oxígeno.
• Automoción e inflado de neumáticos: mejora la estabilidad y la seguridad.
• Procesamiento químico: proporciona una atmósfera inerte para evitar reacciones no deseadas.

Al generar nitrógeno en sus instalaciones, las empresas ganan más independencia y flexibilidad, a la vez que evitan las entregas regulares y la manipulación de botellas de gas a alta presión.

Un generador de nitrógeno funciona separando las moléculas de nitrógeno del oxígeno y otros gases del aire comprimido, produciendo un flujo controlado de gas nitrógeno. Este proceso se conoce como producción de gas nitrógeno y se puede lograr mediante diferentes métodos de producción de nitrógeno.

Para generar nitrógeno a partir del aire, el generador recibe primero un flujo de aire comprimido limpio y seco. Dentro de la unidad, una tecnología de separación aísla las moléculas de nitrógeno, mientras que se eliminan el oxígeno, el dióxido de carbono y el vapor de agua. El resultado es una salida de nitrógeno purificado que se puede utilizar inmediatamente o almacenar para su uso posterior.

En los sistemas modernos de generación de nitrógenose utilizan dos tecnologías principales:

1. Generadores de nitrógeno de membrana: unidades compactas que separan los gases utilizando fibras semipermeables.

2. Generadores de nitrógeno de adsorción por cambio de presión (PSA): sistemas que utilizan tamices moleculares de carbono para lograr una pureza de nitrógeno muy alta.

La elección entre ellos depende de la calidad del nitrógeno requerida y de la aplicación. Por ejemplo, el inflado de neumáticos o la extinción de incendios pueden requerir solo una pureza del 90-99%, donde una unidad de membrana es suficiente. Por el contrario, industrias como el envasado de alimentos o los plásticos a menudo necesitan purezas de hasta el 99,999 %, lo que solo se puede lograr con la tecnología PSA.

Un sistema de generación de nitrógeno es la instalación completa necesaria para producir, almacenar y distribuir nitrógeno in situ. Aunque el generador es el componente central, varios otros elementos trabajan juntos para garantizar un funcionamiento estable y calidad del gas.

Una planta de producción de nitrógeno estándar consta de:

1. Compresor de aire: suministra el aire comprimido.
2. Secador: elimina la humedad del aire.
3. Filtros: capturan vapor de aceite y partículas sólidas.
4. Depósito de aire: estabiliza la presión y el caudal.
5. Generador de nitrógeno: separa el nitrógeno del oxígeno y los gases traza.
6. Depósito de nitrógeno: almacena el nitrógeno producido para la demanda máxima.

El nitrógeno puede consumirse directamente desde la salida del generador o almacenarse en un depósito de almacenamiento para un suministro continuo.

La adsorción es el proceso en el que los átomos, iones o moléculas de una sustancia (en este caso, aire comprimido) se adhieren a la superficie de un adsorbente.

Un generador PSA aísla el nitrógeno, y los otros gases de la corriente de aire comprimido (oxígeno, CO₂ y vapor de agua) se adsorben, dejando nitrógeno esencialmente puro.

El PSA atrapa el oxígeno del flujo de aire comprimido cuando las moléculas se unen a un tamiz molecular de carbono. Esto ocurre en dos depósitos a presión separados (torre A y torre B), cada uno de ellos lleno de un tamiz molecular de carbono, que alternan 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 de nitrógeno continuo y de alta capacidad en aplicaciones exigentes con niveles de pureza de hasta el 99,999 %. Los generadores PSA tienen un coste de inversión inicial más alto que los generadores de membrana, pero ofrecen las ventajas de un caudal más alto y unos niveles de pureza más altos que algunas industrias y aplicaciones exigentes.

Las unidades PSA ofrecen una pureza ultraalta, pero son más complejas, mientras que los sistemas de membrana son más sencillos y robustos. En ambos casos, el mantenimiento del generador de nitrógeno es esencial para un rendimiento constante.

Los sistemas de membrana suelen requerir menos mantenimiento, ya que no tienen piezas móviles y menos componentes sensibles, lo que los hace adecuados para entornos en los que se deben evitar los tiempos de inactividad.

Los sistemas PSA requieren más atención a la calidad del aire de admisión, los filtros y los medios de adsorción, pero cuando se combinan con un programa de mantenimiento estructurado del generador de nitrógeno, ofrecen los más altos niveles de pureza y rendimiento para aplicaciones exigentes.

El nitrógeno se utiliza ampliamente en la industria porque es inerte, inodoro y evita la oxidación. Un generador in situ suministra nitrógeno con la pureza y el caudal adecuados, lo que reduce la dependencia de las entregas embotelladas y garantiza un suministro de gas estable.

Las aplicaciones clave incluyen:

• Procesamiento químico: el nitrógeno se utiliza para crear condiciones inertes que eviten explosiones o reacciones no deseadas. Un generador de nitrógeno en la industria química permite a los operarios mantener la seguridad a la vez que reduce los costes de adquisición de gas.
• Producción de alimentos y bebidas: las atmósferas controladas ayudan a prolongar la vida útil y a preservar el sabor. En las líneas de envasado, un generador de nitrógeno en la industria alimentaria elimina el oxígeno de los envases, mientras que en una fábrica de bebidas, el nitrógeno protege los líquidos durante el embotellado y el almacenamiento.
• Sector automovilístico: los neumáticos llenos de nitrógeno mantienen la presión durante más tiempo y reducen la oxidación del caucho. El uso de un generador de nitrógeno para neumáticos garantiza un suministro fiable para los centros de servicio y los operadores de flotas.

En resumen, cuando se pregunta «¿Para qué se utiliza un generador de nitrógeno?»,", la respuesta abarca un amplio espectro, desde laboratorios a industria del plástico hasta en productos farmacéuticos, en cualquier lugar en el que se requiera un entorno sin oxígeno o bajo en oxígeno.

La producción interna de nitrógeno ofrece a las empresas un control directo sobre la producción, la pureza y la presión. Más allá de la flexibilidad, hay ventajas operativas y financieras significativas en comparación con confiar en proveedores externos.

Ventajas claves:

• Estabilidad de costes: independencia de las fluctuaciones de los precios del mercado para el nitrógeno embotellado o a granel.
• Menores costes logísticos: sin gastos de transporte, ni programación de entregas o gestión de devoluciones de cilindros.
• Mejoras de seguridad: elimina los riesgos de almacenar y manipular botellas de alta presión.
• Sin residuos: evita las pérdidas por evaporación de los depósitos de líquido y el gas residual no utilizado en los cilindros.
• Fiabilidad: suministro continuo disponible a cualquier hora, lo que reduce el riesgo de tiempo de inactividad de la producción.
• Ahorro a largo plazo: aunque el equipo requiere una inversión inicial, los costes operativos son significativamente menores con el tiempo.

Estos factores hacen que la generación de nitrógeno in situ no solo sea una solución técnica, sino también una forma de mejorar la seguridad, la eficiencia y la gestión de costes en las operaciones diarias. Obtenga más información sobre las ventajas de la generación de nitrógeno in situ.

Cada aplicación tiene necesidades diferentes en cuanto al flujo de nitrógeno, la pureza y las condiciones de funcionamiento. El sistema adecuado garantiza eficiencia, seguridad y ahorro de costes a largo plazo. Para algunas industrias, un generador de membrana compacto puede ser suficiente, mientras que otras requieren la pureza ultraalta proporcionada por la tecnología PSA.

Dado que la elección depende tanto de factores técnicos como económicos, a menudo es mejor revisar los requisitos con un especialista que pueda adaptar el sistema al proceso.

Pregunte a un profesional de sistemas de aire cuál es la mejor solución para generar nitrógeno en sus instalaciones.