Geradores de nitrogénio produzir gás nitrogénio puro no local, separando-o do ar natural. Todos sabemos que o ar tem cerca de 78% de azoto por volume. Assim, a unidade de azoto comprime este ar e, em seguida, utiliza materiais especiais para remover o oxigénio e outras impurezas. O resultado é um fluxo contínuo de azoto de elevada pureza para utilização industrial.
Continue a ler para conhecer os principais princípios, componentes e dicas de configuração simples para unidades de geração de nitrogénio no local.
Princípios da produção de azoto
Separação de ar:
Um dos métodos de produção de azoto é a separação criogénica do ar. Neste processo, o ar é arrefecido até se tornar líquido. Em seguida, é destilado para separar o azoto do oxigénio. Este método atinge um grau de pureza muito elevado, mas necessita de equipamento grande e complexo. As instalações criogénicas são basicamente utilizadas para a produção de volumes muito elevados, uma vez que são dispendiosas e consomem muita energia.
Adsorção por oscilação de pressão (PSA):
Os geradores de azoto no local utilizam principalmente a tecnologia PSA. Esta tecnologia funciona retendo o oxigénio e outros gases num adsorvente sob pressão, mas deixando o azoto como saída. O ar comprimido é enviado para um recipiente cheio de peneira molecular de carbono (CMS). As moléculas de oxigénio aderem ao CMS. Mas as grandes moléculas de azoto passam como azoto purificado. Basicamente, existem duas torres que funcionam em paralelo: uma torre adsorve o oxigénio e a outra regenera (liberta os gases adsorvidos). As duas torres trocam de papéis de tempos a tempos. Este processo alternado garante, de facto, um fornecimento contínuo de gás nitrogénio.
Níveis de pureza do azoto
Nitrogénio de grau industrial: As aplicações industriais utilizam mais frequentemente azoto puro de quase 95% a 99,9%. Este azoto de "qualidade industrial" pode conter níveis mais elevados de oxigénio residual ou árgon. Mas isto é aceitável para muitos processos. É utilizado para fins como a cobertura, a purga, a embalagem de alimentos e o processamento de metais, em que a pureza extrema não é fundamental. Assim, "geradores de azoto de qualidade industrial" são mais simples e têm custos de funcionamento mais baixos.
Azoto de pureza ultra elevada: Algumas aplicações necessitam de azoto extremamente puro, normalmente com uma pureza de 99,999% ou superior. Este azoto de "pureza ultra-alta" tem os únicos níveis de impurezas em ppm (partes por milhão). E esta pureza é muito necessária no fabrico de semicondutores, na indústria farmacêutica, na indústria aeroespacial e noutras indústrias de precisão. Para atingir esta pureza ultra-alta, é basicamente necessária uma separação mais rigorosa e fases de purificação adicionais.
Componentes do sistema
- Compressor de ar:Em primeiro lugar, é necessário ter um compressor de ar dedicado que forneça o ar comprimido a alta pressão necessário para a produção de nitrogénio. Assim, os compressores de ar utilizados para este fim são, na sua maioria, compressores isentos de óleo ou possuem filtros. Além disso, o seu compressor deve fornecer um caudal suficiente à pressão necessária (normalmente cerca de 4-13 bar) para satisfazer as necessidades do gerador.
- Secador de ar:A segunda coisa são os secadores de ar. Antes de entrar nas torres PSA, o ar passa por um secador de ar. Este secador remove a humidade do ar comprimido. Basicamente, um dessecante ou secador por refrigeração é instalado após o compressor e antes do gerador para atingir um ponto de orvalho baixo.
- Leitos de peneira molecular:O núcleo da unidade é o leito de peneira molecular. Consiste em dois ou mais recipientes de adsorção cheios de crivo molecular de carbono (CMS). Estes leitos fazem a separação efectiva. Cada recipiente está cheio de uma CMS que adsorve especificamente oxigénio (por vezes também dióxido de carbono).
Quando o ar comprimido entra num leito, as moléculas de oxigénio são retidas pelo CMS e o azoto passa através dele. Isto deixa o gás de saída que é azoto altamente puro. Após algum tempo, este leito saturado é desligado e despressurizado, mas o outro leito assume o controlo. Este princípio de cama dupla permite que uma cama adsorva e a outra regenere para um funcionamento contínuo.
- Válvulas de controlo e tubagens:Uma rede de válvulas e tubagens direciona o fluxo de ar através do sistema. Estas válvulas alternam o ar de alimentação entre as duas torres de adsorção. Além disso, controlam o tempo de pressurização e ventilação.
Além disso, a tubagem liga o compressor, o secador de ar, os recipientes e a saída de azoto. Assim, uma conceção adequada da tubagem garante a limpeza do ar de admissão e uma saída de azoto estável.
As linhas de exaustão também são canalizadas para ventilar com segurança o oxigénio expelido e outras impurezas para a atmosfera.
Princípios de funcionamento
Pressurização e despressurização:
O sistema funciona através do ciclo de cada adsorvente em fases de alta e baixa pressão. Na fase de adsorção, um recipiente é pressurizado com ar seco. Na fase de regeneração, o outro recipiente é despressurizado para purgar os gases adsorvidos.
Enquanto uma torre capta oxigénio a alta pressão, a outra é despressurizada para libertar o oxigénio recolhido. De seguida, trocam de papéis. Esta "oscilação" de pressão permite a produção contínua de azoto.
Ciclos de adsorção e dessorção:
Durante a fase de adsorção, o ar comprimido entra num recipiente de adsorção. Em seguida, as moléculas de oxigénio ligam-se (adsorvem) à peneira de carbono e o azoto passa como produto. Esta fase de adsorção continua até que o CMS nesse recipiente fique saturado de oxigénio.
Agora, o sistema isola esse recipiente e abre o seu escape para baixar a pressão. A queda de pressão provoca a dessorção: o oxigénio (e a humidade) desprende-se da peneira e é expelido. Isto restaura a capacidade do adsorvente. Ao alternar estes ciclos de adsorção/dessorção entre os dois recipientes, o gerador mantém uma produção estável de azoto.
Procedimento de remoção de oxigénio:
O crivo molecular de carbono é fundamental para a remoção do oxigénio. O CMS tem poros minúsculos que absorvem seletivamente moléculas mais pequenas, como o oxigénio e o vapor de água, enquanto as moléculas maiores de azoto passam. Na prática, quando o ar entra no recipiente, o oxigénio "cola-se" à superfície do crivo. Durante a regeneração, o oxigénio libertado é expulso por uma pequena corrente de azoto ou simplesmente por ventilação. O oxigénio expelido é enviado para fora do sistema como gás residual. Ao longo de muitos ciclos, esta adsorção selectiva remove a maior parte do oxigénio do ar, pelo que o gás remanescente é maioritariamente azoto.
Instalação e configuração
Preparação do local:
A primeira coisa a fazer é preparar o local. A instalação correta começa por aí. Além disso, certifique-se de que a fundação é estável e nivelada para suportar o equipamento e reduzir a vibração. Além disso, o local selecionado deve ser bem ventilado para dissipar o calor e quaisquer gases purgados.
Ligações eléctricas e de serviços públicos:
O gerador deve ser ligado aos sistemas da instalação. Isto inclui a ligação ao painel elétrico com ligação à terra e proteção do circuito adequadas. Se a unidade tiver um compressor incorporado, este terá os seus próprios requisitos de energia; caso contrário, ligue a saída do compressor de ar da oficina à entrada do gerador.
Além disso, instalar tubagens para a saída de azoto até ao ponto de utilização e para a linha de escape. De acordo com os guias de instalação, todas as linhas de entrada de ar, de saída de azoto e de ventilação devem ser corretamente dimensionadas e firmemente instaladas.
Considerações de segurança:
A segurança é muito importante nos geradores de gás. A sala deve ser ventilada para que qualquer fuga de azoto (um gás inerte) não se acumule e substitua o oxigénio.
Instale a unidade de modo a que as linhas de exaustão e ventilação descarreguem para o exterior ou para uma área segura.
Além disso, devem ser instaladas válvulas de segurança nos recipientes para evitar a sobrepressão e estas, juntamente com outros dispositivos de segurança, devem ser testadas regularmente.
Os operadores devem receber formação sobre o manuseamento seguro. Por exemplo: como o azoto puro é inodoro. Por isso, as instalações incluem sobretudo alarmes de monitorização do oxigénio em espaços fechados.
Seguindo as melhores práticas, o gerador de nitrogénio pode ser utilizado sem risco para o pessoal ou para o equipamento.
FAQs
Qual é o tempo de vida útil de um gerador de azoto?
A maior parte das unidades geradoras de nitrogénio bem mantidas têm uma vida útil de 15-30 anos. As peças principais, como os compressores ou os leitos de peneira molecular, necessitam de assistência ou substituição periódicas. Com um serviço e manutenção adequados, alguns sistemas podem funcionar durante mais de 30 anos.
Os geradores de azoto são caros?
Os seus preços variam muito consoante o seu tipo e dimensão. As pequenas unidades de membrana podem começar por volta de $1.000; os sistemas de PSA de laboratório ou de alta pureza começam geralmente por vários milhares.
Quais são os problemas comuns dos geradores de azoto?
Os geradores de azoto podem enfrentar problemas como baixa pureza, quedas de pressão, fugas de ar, pré-filtros obstruídos ou falhas nas válvulas.
Qual a eficiência dos geradores de azoto?
A eficiência depende da tecnologia, da conceção, do ciclo de funcionamento e das necessidades de pureza. O PSA proporciona melhores rácios de ar para azoto para uma pureza elevada. Os sistemas de membrana utilizam menos energia para purezas mais baixas.
Quer ler mais?:
O nitrogénio é melhor do que o ar comprimido para o corte a laser?
Como escolher o melhor gerador de nitrogénio para a sua máquina de corte a laser
Que pressão é necessária para o corte a laser de azoto?
Como escolher um distribuidor de compressores de ar?
