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Nitrogênio temporário: soluções e tecnologias

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Você sabia que o ar ao nosso redor é principalmente nitrogênio? Todos precisam de oxigênio para sobreviver. No entanto, o ar que respiramos é composto por 78% de nitrogênio, apenas 21% de oxigênio e pequenas quantidades de outros gases. O corpo humano não usa esse nitrogênio, mas é muito útil em várias aplicações industriais.

O que é nitrogênio?

Vamos começar com o básico. O nitrogênio é um gás inerte que é inodoro, incolor e não sustenta a vida. No entanto, é importante para o crescimento das plantas e é um aditivo fundamental em fertilizantes. Seu uso vai muito além do seu jardim. O nitrogênio geralmente aparece na forma líquida ou gasosa (embora também seja possível obter nitrogênio sólido). O nitrogênio líquido é usado como refrigerante, capaz de congelar rapidamente alimentos e objetos em pesquisas médicas, bem como em tecnologia reprodutiva. Para os fins desta explicação, ficaremos com o gás nitrogênio.

O nitrogênio é amplamente utilizado, principalmente, pelo fato de não reagir quando exposto a outros gases, ao contrário do oxigênio, que é muito reativo. Devido à sua composição química, os átomos de nitrogênio precisam de mais energia para serem quebrados e reagir com outras substâncias. Por outro lado, as moléculas de oxigênio são mais fáceis de quebrar, tornando o gás muito mais reativo. O gás nitrogênio é o oposto, proporcionando ambientes não reativos onde necessário.

A falta de reatividade do nitrogênio é sua maior qualidade e, como resultado, o gás é usado para evitar oxidação lenta e rápida. A indústria de eletrônicos é um exemplo perfeito desse uso, pois, durante a produção de placas de circuito e outros pequenos componentes, pode ocorrer oxidação lenta na forma de corrosão.

A oxidação lenta também não é estranha à indústria de alimentos e bebidas, na qual o nitrogênio é usado para deslocar ou substituir o ar a fim de melhor preservar o produto final. Explosões e incêndios são bons exemplos de oxidação rápida, pois precisam ser abastecidos com oxigênio. A remoção do oxigênio de um recipiente com a ajuda de nitrogênio reduz a probabilidade de ocorrência desses acidentes.

Soluções temporárias de nitrogênio

Se você precisar de um fornecimento temporário de nitrogênio, alugar equipamentos e gerar seu próprio nitrogênio no local usando ar comprimido, é o ideal. Esta solução permite controle total de quantidade, pressão e pureza para a aplicação em questão.
Existem dois tipos de geradores de nitrogênio em nossa frota:
  • Geradores de nitrogênio de membrana
  • Geradores de nitrogênio de adsorção por variação de pressão
Como a Atlas Copco Rental não oferece apenas Solução Total em terra, temos geradores de nitrogênio adequados para aplicações offshore. Mesma qualidade e confiabilidade, mas recursos de segurança adicionais para lidar com a vida no mar. Área de ocupação limitada? Sem problemas. Temos até geradores de nitrogênio por membrana e compressores integrados em um contêiner de 20 pés com estrutura de elevação aprovada pela DVN 2.7-1.

Como funciona a tecnologia de membrana?

Os geradores de nitrogênio de membrana são baseados em um princípio de funcionamento simples. A principal parte de um gerador de membrana é o módulo de membrana (aproximadamente 10 cm de diâmetro), o qual é preenchido com pequenas fibras de polímero oco. Entra ar comprimido seco e limpo e, devido à estrutura dessas fibras, saem da fibra partes do ar. Esse processo é chamado de permeação. Durante o processo, são liberados água, oxigênio e um pouco de argônio pelos lados da membrana das fibras. No final, ficará apenas o nitrogênio. Isso é possível porque moléculas diferentes permeiam em velocidades diferentes.
O H2O irá permear muito rapidamente, o oxigênio demora um pouco mais. O argônio e o nitrogênio permeiam lentamente, o que significa que eles permanecerão nas fibras por muito mais tempo do que o H2O e o oxigênio (um pouco de argônio também irá permear, mas seria ineficiente removê-lo completamente do fluxo de ar).
Devido à permeação através da parede da fibra, o natural seria uma sobrepressão dentro do corpo da membrana. As fibras entupiriam e a eficiência da permeação seria significativamente reduzida. Para impedir que isso ocorra, há uma abertura no corpo, a abertura de permeação, por onde esses gases de “escape” (incluindo H2O, oxigênio e argônio) podem escapar.

Como funciona a Adsorção por Variação de Pressão?

Ao produzir seu próprio nitrogênio, é importante conhecer e entender o nível de pureza que você deseja alcançar. Algumas aplicações exigem níveis de pureza baixos (entre 90 e 99%), como enchimento de pneus e prevenção de incêndios, enquanto outras, como aplicações na indústria de alimentos e bebidas ou moldagem de plásticos, exigem níveis altos (de 97 a 99,999%). Nesses casos, a tecnologia PSA é o caminho ideal e mais fácil a seguir. Em essência, um gerador de nitrogênio funciona separando moléculas de nitrogênio das moléculas de oxigênio contidas no ar comprimido. A adsorção por variação de pressão faz isso retendo o oxigênio presente no fluxo de ar comprimido usando a adsorção.

A adsorção ocorre quando as moléculas se ligam a um adsorvente, neste caso, as moléculas de oxigênio se ligam a uma peneira molecular de carbono (CMS). Isso acontece em dois recipientes de pressão separados, cada um preenchido com uma CMS, que alternam entre o processo de separação e o processo de regeneração. Por enquanto, vamos chamar esses recipientes de torre A e torre B. Para começar, o ar comprimido limpo e seco entra na torre A e, como as moléculas de oxigênio são menores que as moléculas de nitrogênio, elas entrarão nos poros da peneira de carbono. Por outro lado, as moléculas de nitrogênio não se encaixam nos poros, de modo que elas irão contornar a peneira molecular de carbono. Como resultado, você obtém o nitrogênio com a pureza desejada.

Essa fase é chamada de fase de adsorção ou separação. No entanto, não acaba nesse ponto. A maior parte do nitrogênio produzido na torre A sai do sistema (pronto para uso direto ou armazenamento), enquanto uma pequena parte do nitrogênio gerado é levada para a torre B no sentido oposto (de cima para baixo). Esse fluxo é necessário para expulsar 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 sua capacidade de reter as moléculas de oxigênio. Elas se soltarão das peneiras e serão levadas pelo escape pelo pequeno fluxo de nitrogênio proveniente da torre A.

Ao fazer isso, o sistema abre espaço para que, na próxima fase de adsorção, novas moléculas de oxigênio fiquem retidas nas peneiras. Chamamos esse processo de "limpeza" de uma regeneração de torre saturada de oxigénio.

Deseja saber mais sobre nossas soluções de nitrogênio para aplicações no local ou offshore?