El nitrógeno se utiliza ampliamente en diversos sectores industriales para aplicaciones como la inertización, la purga y la protección de productos y procesos frente a la exposición al oxígeno. En función de la aplicación, las empresas pueden necesitar nitrógeno con distintos niveles de pureza, caudal y presión.

El nitrógeno puede suministrarse en cilindros, bancos de botellas o sistemas a granel, o bien producirse directamente en las instalaciones mediante un generador de nitrógeno. La generación de nitrógeno en planta permite a las instalaciones producir nitrógeno a partir de aire comprimido y suministrarlo directamente al punto de uso.

Pero, ¿qué es un generador de nitrógeno y cómo funciona? Se lo explicaremos con detalle en este blog.

¿Qué es un generador de nitrógeno?

Un generador de nitrógeno es un dispositivo que separa el nitrógeno (N₂) del aire comprimido para producir nitrógeno gaseoso destinado a procesos industriales. No genera nitrógeno partiendo de cero. En su lugar, utiliza el aire como materia prima y aísla el nitrógeno de otros gases mediante tecnologías como Pressure Swing Adsorption (PSA) o la separación por membranas.

Por lo tanto, un generador de nitrógeno en planta puede suministrar nitrógeno directamente en el punto de uso, lo que reduce la dependencia de los cilindros, los bancos de botellas o los suministros a granel.

La pureza del nitrógeno necesaria depende de la aplicación. Por ejemplo, algunos procesos necesitan nitrógeno para la inertización o el inflado de neumáticos, mientras que otros requieren nitrógeno de alta pureza para el corte por láser, el envasado de alimentos, la Electrónica o aplicaciones de productos farmacéuticos. Por lo tanto, debe seleccionarse un sistema de generación de nitrógeno adecuado en función de la pureza, el caudal, la presión, el ciclo de trabajo, la calidad del aire y las condiciones de funcionamiento requeridos.

¿Cómo funciona un generador de nitrógeno?

El aire comprimido se trata, se separa y se supervisa antes de que el nitrógeno llegue a la aplicación.

1. Toma de aire comprimido

Un generador de nitrógeno utiliza aire comprimido como gas de alimentación. Un compresor suministra aire a la presión que requiere el generador, tras lo cual el aire pasa a las etapas de pretratamiento y separación.

Por ello es importante la calidad del aire de alimentación. Dependiendo del diseño del compresor y del generador, es posible que el aire requiera una filtración de partículas y coalescente, la eliminación de aceite, la separación de condensados y el secado antes de entrar en la etapa de separación. Este pretratamiento ayuda a proteger los medios de separación y favorece una producción constante de nitrógeno.

2. Filtración y secado

Antes de separar el nitrógeno del aire, se eliminan los contaminantes, como la humedad, el aceite, el agua y las partículas, mediante filtración y secado.

El rendimiento de la etapa de separación depende en gran medida de la calidad del aire que entra en ella. Una mala calidad del aire puede afectar al proceso de separación y a la calidad del Nitrógeno producido.

3. Etapa de separación: PSA o membrana

En el caso de muchos generadores de nitrógeno en planta, los dos principales métodos de separación no criogénicos son la PSA y la separación por membranas.

• Pressure Swing Adsorption (PSA): En un generador de nitrógeno PSA, el aire comprimido pasa a través de un tamiz molecular de carbono (CMS), que adsorbe preferentemente el oxígeno y otros gases, al tiempo que permite el paso del nitrógeno como gas producto.
• Separación por membrana: Un generador de nitrógeno por membrana se basa en la permeación selectiva. El aire comprimido pasa a través de membranas de fibra hueca, donde el oxígeno, el vapor de agua y otros componentes de permeación más rápida atraviesan la membrana con mayor facilidad que el nitrógeno.

4. Control de la pureza

El nitrógeno producido se supervisa para comprobar que cumple con las especificaciones requeridas. El método de control de la pureza del nitrógeno puede variar según el sistema. Algunos generadores pueden utilizar un analizador de oxígeno para medir el oxígeno residual en la corriente de nitrógeno.

NITROGAS NG, por ejemplo, utiliza un analizador de oxígeno de óxido de circonio para medir de forma continua el contenido de oxígeno residual en la corriente de nitrógeno.

5. Suministro de nitrógeno bajo demanda

En función del diseño del sistema, un depósito tampón puede almacenar una reserva de nitrógeno y ayudar a gestionar las variaciones a corto plazo de la demanda, mientras que el generador sigue produciendo nitrógeno según las especificaciones requeridas.

De este modo se crea un proceso controlado de generación de gas nitrógeno in situ, cuya producción se adapta a las necesidades de la instalación.

Tipos de generadores de nitrógeno

Generadores de nitrógeno PSA

Un generador de nitrógeno PSA utiliza ciclos alternos de adsorción y regeneración para extraer nitrógeno del aire comprimido. En un sistema típico de dos lechos, una torre adsorbe oxígeno a presión, mientras que la otra se despresuriza y se regenera. A continuación, los lechos se alternan para mantener un suministro continuo del producto. La tecnología PSA suele elegirse cuando una aplicación requiere una mayor pureza del nitrógeno, un caudal controlado o una corriente de producto con especificaciones más estrictas.

Generadores de nitrógeno por membrana

Un generador de nitrógeno por membrana permite la producción de nitrógeno a través de la propia membrana, en lugar de mediante adsorción. El sistema hace pasar aire comprimido a través de haces de fibras huecas de polímero. El oxígeno, el vapor de agua y otros componentes de mayor permeabilidad atraviesan la membrana con mayor facilidad, mientras que el nitrógeno permanece en la corriente de producto. Estos sistemas pueden ofrecer una solución compacta para aplicaciones que requieren un flujo continuo, una pureza moderada del nitrógeno y un funcionamiento sencillo.

Aplicaciones de los generadores de nitrógeno

Los generadores de nitrógeno pueden utilizarse en diversos sectores industriales en los que se requiere nitrógeno de forma regular y con un suministro controlado. Pueden constituir una alternativa práctica y rentable al nitrógeno suministrado externamente, ya que permiten producir el gas necesario in situ y suministrarlo directamente al proceso.

Entre sus aplicaciones más habituales se incluyen:

Corte por láser

En algunas aplicaciones de corte por láser, se utiliza nitrógeno como gas auxiliar para reducir la oxidación en el borde de corte y proporcionar asistencia para un acabado más limpio.

Envases para alimentación

El nitrógeno se utiliza en el envasado en atmósfera modificada (MAP) y en aplicaciones de purga para desplazar el oxígeno y contribuir a proteger la calidad del producto.

Elaboración del vino

El nitrógeno puede utilizarse para la cobertura e inertización, con el fin de reducir la exposición al oxígeno durante la producción y el almacenamiento.

Producción de bebidas

El nitrógeno puede utilizarse para el inertizado de depósitos, la purga de tuberías, el envasado y otras aplicaciones en las que sea necesario controlar la exposición al oxígeno.

Fabricación de productos químicos y farmacéuticos.

El nitrógeno se utiliza para purgar, inertizar y mantener atmósferas controladas en torno a materiales y procesos sensibles al oxígeno.

Fabricación de metales

El nitrógeno se utiliza en determinados procesos de corte y Tratamiento térmico en los que el control de la oxidación y la calidad de la superficie son factores importantes.

Otras aplicaciones

La fabricación de productos de Electrónica, los procesos del sector de la automoción y el inflado de neumáticos también pueden recurrir al uso del Nitrógeno cuando se requiere una calidad controlada del gas o una menor exposición al oxígeno.

Ventajas del uso de generadores de nitrógeno in situ

¿Por qué producir nitrógeno in situ? La respuesta depende de cada instalación, pero hay varias ventajas que son comunes a todas ellas.

• Seguridad: La generación in situ puede reducir la necesidad de manipular y almacenar cilindros de nitrógeno a alta presión o depósitos criogénicos.
• Fiabilidad: El nitrógeno se produce en las propias instalaciones, lo que reduce la dependencia de los plazos de entrega y de los proveedores externos.
• Ahorro de costes: La generación de nitrógeno in situ puede reducir los costes asociados al alquiler de cilindros, el suministro de gas y su manipulación. El ahorro real depende del consumo y de las condiciones de funcionamiento.
• Escalabilidad flexible: Los sistemas modulares de generación de nitrógeno pueden ofrecer una forma práctica de adaptar la capacidad a medida que varía la demanda.
• Sostenibilidad:. La reducción de la logística del gas suministrado puede contribuir a disminuir el impacto medioambiental del suministro de nitrógeno relacionado con el transporte.

En el caso de las instalaciones que estén considerando la generación de nitrógeno en planta, la elección del sistema adecuado comienza por comprender la pureza, el caudal, la presión, el perfil de demanda y las aplicaciones requeridas.

¿Por qué NITROGAS NG?

Basado en la Tecnología PSA, proporciona un suministro automático y bajo demanda, mientras que el sistema de supervisión mediante PLC controla parámetros clave como la pureza, la presión y el caudal. Un analizador de oxígeno de óxido de circonio mide continuamente el oxígeno residual para controlar la pureza del Nitrógeno.

Su diseño compacto y modular permite adaptarse al crecimiento de las instalaciones, mientras que su compatibilidad con la Industria 4.0, su software propio y la asistencia completa para la instalación contribuyen a que el funcionamiento diario resulte sencillo.

Para las instalaciones que están dejando de utilizar el suministro tradicional de nitrógeno, esto también puede suponer una diferencia significativa en el coste de mantener el nitrógeno disponible. NITROGAS NG puede reducir los costes totales de nitrógeno hasta en un 90 %, dependiendo de las aplicaciones y del sistema de suministro existente, al tiempo que reduce la dependencia de los Cilindros, las entregas y los proveedores externos.