Gerador de azoto PSA: como funciona a adsorção por variação de pressão

O processo decorre continuamente em dois vasos de pressão preenchidos com CMS (torre A e torre B), percorrendo quatro fases:

1. Adsorção: Ar comprimido limpo e seco entra na torre A. O oxigénio fica retido nos poros do CMS e o azoto sai para utilização ou armazenamento. Uma pequena parte desse azoto flui para a torre B.
2. Equalização de pressão: A pressão entre as duas torres equaliza-se, preparando a mudança de fase e recuperando energia.
3. Regeneração: A torre B despressuriza, libertando o oxigénio aprisionado através do escape, levado pelo caudal de azoto da torre A. O CMS é restaurado para o próximo ciclo de adsorção.
4. Comutação: As torres trocam de funções. A torre B inicia a adsorção, enquanto a torre A regenera.

Este ciclo contínuo opera dentro dos parâmetros técnicos de pressão de entrada de 4–13 bar e temperatura de 10–25°C, sendo necessário que o ar de entrada esteja limpo e seco. Por isso, um secador entre o compressor e o gerador é essencial.

A pureza é controlada ajustando o tempo do ciclo. Fases de adsorção mais longas produzem maior caudal, mas menor pureza. Por outro lado, ciclos mais curtos priorizam a pureza em detrimento do volume. O fator de ar (a relação entre o ar comprimido consumido e o azoto produzido) é uma métrica chave de eficiência. Um fator de ar mais baixo significa menor consumo de energia e custos operacionais.

O peneiro molecular de carbono (CMS) é o material adsorvente central do PSA que torna possível a separação do azoto. Os seus poros precisamente concebidos exploram uma pequena, mas crítica, diferença de tamanho: as moléculas de oxigénio medem 3,46 Å de diâmetro, ligeiramente menores do que as moléculas de azoto, que medem 3,64 Å. Isto permite que o oxigénio entre e fique retido nos poros do peneiro, enquanto o azoto passa como gás produto.

A adsorção ocorre rapidamente (o oxigénio preenche os poros do CMS em segundos), tornando possíveis tempos de ciclo rápidos e produção contínua de azoto. Um CMS bem mantido dura tipicamente 10 ou mais anos, embora o desempenho dependa da qualidade do ar de entrada, pressão de funcionamento e consistência da temperatura.

O CMS é particularmente sensível à humidade e à contaminação por óleo. O ar de entrada húmido ou sujo degrada significativamente a capacidade de adsorção e reduz a vida útil do peneiro. Manter as condições de entrada dentro da faixa especificada de 4–13 bar e 10–25°C, com ar comprimido devidamente filtrado e seco, é essencial para manter tanto a pureza do produto como o desempenho a longo prazo do CMS.

Escolher entre um gerador de azoto PSA e de membrana depende dos seus requisitos de pureza, condições de operação e custo total de propriedade. A comparação abaixo abrange os principais fatores técnicos, económicos e operacionais para o ajudar a identificar a tecnologia certa para a sua aplicação.

As plantas de azoto PSA servem uma ampla gama de indústrias onde um fornecimento fiável de azoto de alta pureza é crítico para a qualidade do produto, segurança ou integridade do processo. Abrangendo purezas de 95% até 99,999%, um gerador industrial de azoto elimina a dependência do gás entregue, dando às instalações controlo direto sobre a pureza, caudal e custo.

As principais aplicações incluem:

•  Alimentação e bebidas: embalagem em atmosfera modificada, fabrico de cerveja e engarrafamento de vinho para prevenir a oxidação e prolongar a vida útil
• Fabrico de eletrónica: soldadura por onda, fornos de refluxo e armazenamento de componentes para prevenir a oxidação durante processos sensíveis
• Farmacêutico: proteção de API, revestimento de comprimidos e ambientes estéreis para cumprir normas regulatórias rigorosas
• Processamento de metais: tratamento térmico, corte a laser e soldadura dependendo da aplicação e do material
• Indústria química: cobertura, purga e controlo do ambiente de reação
• Petróleo e gás: manutenção de oleodutos, cobertura de tanques e operações de perfuração
• Fabrico de vidro e automóvel: aplicações em atmosfera inerte

A versatilidade da tecnologia PSA em diferentes caudais e níveis de pureza torna-a o gerador de azoto preferido para ambientes industriais exigentes.

A instalação do gerador de azoto PSA requer um fornecimento estável de ar comprimido, ligação elétrica, ventilação adequada para o escape de descarga e espaço suficiente no chão para o gerador e os componentes associados (compressor, secador, filtros e receptor de ar). Dimensionamento do sistema depende do caudal de azoto necessário e do nível de pureza pretendido. Uma maior pureza exige uma entrada maior de ar comprimido e uma área maior do sistema.

Os requisitos de manutenção são baixos comparados a muitos sistemas industriais:

• Filtros de entrada: substituição periódica como parte da manutenção de rotina
• Verificações do sistema: monitorização regular dos sensores de pressão, temperatura e ponto de orvalho
• Filtragem de óleo: filtros coalescentes e de carbono requerem manutenção quando é utilizado um compressor lubrificado a óleo

Do ponto de vista do custo de um gerador de azoto PSA, a principal despesa operacional é a eletricidade consumida pelo compressor de ar. Comparado com a entrega de azoto em cilindros ou líquido, a geração no local pode, em muitos casos, alcançar o retorno do investimento em aproximadamente um a três anos, dependendo do volume de consumo e dos custos locais de energia, após o qual os custos do azoto serão substancialmente mais baixos. O custo total de propriedade ao longo de um período de 10 anos é frequentemente inferior aos contratos de fornecimento para muitas aplicações de consumo médio a elevado, assumindo condições operacionais e preços comparáveis.

Os nossos especialistas em azoto podem ajudá-lo a determinar a capacidade correta do sistema PSA, os níveis de pureza e a configuração adequada para a sua aplicação industrial específica.