El nitrógeno está presente en nuestras vidas ya que forma parte del aire que respiramos. Desde el principio de los tiempos, el hombre se ha esforzado por utilizar todos los elementos que se encuentran en nuestro planeta para darles uso en todas las aplicaciones posibles. El nitrógeno es un gas que tiene multitud de utilidades para la fabricación de productos que empleamos en nuestro día a día, lo cual implica su tratamiento a nivel industrial para poder disponer del mismo y realizarlas. Pero si el nitrógeno está en el aire, una pregunta bastante lógica puede ser, cómo se obtiene y se embotella el nitrógeno. A continuación, se va a describir todo este proceso.
Para qué sirve el nitrógeno
Para mostrar la importancia que se merece este gas en la producción industrial es necesario conocer en qué lo utilizamos. Seguro que todos nosotros somos conscientes de que los alimentos procesados y tratados, como son las latas de conserva y todos aquellos que usamos para cocinar a diario, una vez abiertos tienen ahora una capacidad mayor de conservación, pues esto es gracias al nitrógeno.
Los neumáticos de los vehículos de carga, y cada vez más los de los coches particulares, se inflan ya habitualmente con nitrógeno, ya que de esta forma mantienen una temperatura baja y aumentan su durabilidad. También, al tratarse de un gas inerte, es usado en todas las aplicaciones donde se necesita evitar una oxidación lenta, como puede ser en el caso de la fabricación de multitud de componentes donde se necesita evitar su corrosión, por ejemplo, en cualquier placa para circuitos. Asimismo, el nitrógeno se emplea para obtener rápidos procesos de enfriamiento, por lo que en climatización es un elemento fundamental.
El nitrógeno es inodoro, incoloro y no inflamable, y como se indicaba anteriormente, por sus propiedades es muy utilizado en diferentes industrias como pueden ser las de automoción y químicas, en la acuicultura, y por supuesto en las alimentarias. Pero, ¿cómo se obtiene y embotella el nitrógeno para que pueda ser utilizado?
Cómo se obtiene y se embotella el nitrógeno
En la industria textil es necesario utilizar aire comprimido de calidad para no dañar los productos y para no contaminar el medio ambiente. Por eso, las fábricas textiles utilizan equipos de tratamiento del aire comprimido para obtener una Calidad 1.4.1 conforme a la Norma ISO 8573-1:2010, que garantiza que el aire comprimido puede utilizarse sin ningún riesgo para las personas y las telas.
El aire comprimido toca la tela en los procesos de fabricación de ropa y complementos por lo que es muy importante tener un tratamiento del aire comprimido que elimine los hidrocarburos del mismo, para así impedir que estos puedan entrar en contacto con las telas (evitar manchas y otros daños en los productos finales).
Para poder aprovechar todas las aplicaciones de este gas es necesario tenerlo almacenado, y para ello, las empresas utilizan los siguientes métodos:
A través de proveedores
Hay empresas dedicadas a la producción, venta y suministro de nitrógeno en botellas. Estas empresas disponen para la generación de plantas de producción de nitrógeno criogénico y de nitrógeno en fase gaseosa que finalmente es embotellado con presiones que rondan los 300 bar. Esto permite almacenar grandes cantidades en recipientes con poco volumen. En la industria suelen utilizarse botellas de 50 litros que se suelen agrupar en racks de 12 o 16 botellas. Estas botellas deben soportar una gran presión a la que están sometidas por el gas en su interior, siendo imprescindible que estén fabricadas con materiales resistentes y de gran espesor.
Esta opción de suministro es cómoda pero muy cara, tan sólo es válida para empresas con consumos de nitrógeno muy pequeños. Además, otro inconveniente que tiene de inicio es que en muchos casos se necesita realizar una instalación de alta presión adicional.
Otras desventajas son:
- Nunca se consume todo el gas contenido en las botellas, y que se ha pagado. Esto es debido a que en el uso del nitrógeno se requiere una presión mínima de trabajo, por lo que cuando la presión que existe en el interior de la botella se iguala a la mínima de uso, el gas sobrante se queda dentro de la botella y no puede utilizarse.
- Conlleva costes muy elevados, por lo que para un uso industrial habitual no merece la pena.
- No es ecológico. Las botellas de nitrógeno de alta presión están fabricadas con materiales dañinos para el medio ambiente.
- Cuando las botellas se agotan hay que interrumpir el proceso productivo para cambiarlas, y si esto no es posible, deben instalarse controles especiales que cambien los contenedores o racks automáticamente.
- Los recipientes son complicados de manejar debido a su peso, por lo que pueden provocar accidentes si no se manipulan adecuadamente.
Depósito de almacenamiento de nitrógeno líquido
Estos depósitos pueden comprarse o alquilarse, y necesitan de un evaporador para poder utilizar el nitrógeno, el cual se encarga de cambiar de fase líquido a gas. Para su transporte hasta las instalaciones en vez de trasladarlo en botellas se realiza por medio de camiones cisterna, los cuales disponen de aislamiento térmico. Para rellenar los depósitos en el punto de uso es necesario bombear el nitrógeno desde el camión.
Si las cantidades requeridas no son muy grandes, otra opción es solicitarlo por medio de bidones denominados Dewar. Tanto el nitrógeno embotellado como el líquido se fabrican en plantas de nitrógeno criogenizado.
Este método es mejor que el embotellado, pero también conlleva una serie de desventajas como son las pérdidas que se producen por evaporación en el depósito y en el proceso de trasvase, ya que no es posible conseguir un aislamiento perfecto. Estas pérdidas generan sobrecostes. Por otro lado, el almacenamiento conlleva la necesidad de un mantenimiento constante y puede presentar problemas de seguridad, ya que se está manejando un líquido que ronda una temperatura de – 200 ºC. Además, a diferencia del método anterior en el que se solicita la cantidad deseada, aquí las empresas proveedoras suelen exigir un contrato de larga duración.
Producción de nitrógeno in situ
Por último, el mejor sistema para la generación y obtención de este gas es a través de generadores de nitrógeno propios. Básicamente, estos equipos separan las moléculas de oxígeno de las de nitrógeno contenidas en el aire. Los tipos principales de generadores de nitrógeno son los de membrana y los de adsorción por cambio de presión (PSA). Generar el gas para consumo propio presenta la gran ventaja de que se puede elegir el grado de pureza del nitrógeno y la presión del mismo. Con la posibilidad también de almacenarlo en racks con botellas de alta presión mediante el uso de un compresor booster.
La selección del tipo de generador dependerá del nivel de pureza del nitrógeno requerido. Por ejemplo, para inflar neumáticos es suficiente con una pureza comprendida entre el 90 y el 99 %, por lo que se usan generadores de membrana. Para niveles de pureza superiores se utilizan generadores de tipo PSA, ya que son capaces de llegar a unos valores de pureza de hasta el 99,999 %. Es el caso de la aplicación en el moldeo del plástico, del nitrógeno utilizado en las empresas de alimentación, o de los equipos para la generación de nitrógeno para corte por láser.
Emplear generadores de nitrógeno propios es el método más económico para el uso industrial de este gas y conlleva múltiples ventajas respecto a otros sistemas, como la no dependencia del precio del nitrógeno en el mercado, la capacidad de controlar su pureza y presión, el aprovechamiento máximo del gas producido, …, y además, es mucho más respetuoso con el medio ambiente. La mayoría de las instalaciones propias de generación de nitrógeno son rápidamente amortizadas con el ahorro que suponen frente a otras opciones.
Para definir el sistema de generación más adecuado se debe realizar un cálculo en función de las necesidades de la aplicación donde se vaya a utilizar, dimensionando los equipos conforme a la pureza, caudal y presión requeridos. Si necesitas diseñar o instalar un sistema de generación de nitrógeno no dudes en ponerte en contacto con SERVIAIRE. Te descubriremos cómo se obtiene y se embotella el nitrógeno.
