Si ha pasado suficiente tiempo con equipos industriales, notará algo interesante. Algunas personas piensan que un generador de nitrógeno simplemente necesita funcionar, mientras que otras se centran en cada punto decimal. Sobre el papel, la pureza del 99 por ciento y del 99,9 por ciento difieren sólo en uno nueve. Pero las diferencias reales en la selección de equipos, el uso de energía y los costos de mantenimiento a largo plazo son mucho mayores de lo que la mayoría de la gente espera. En Shenger Gas hemos trabajado con muchos usuarios que se enfrentan a esta decisión y aquí tienes un desglose técnico claro de los costes reales.
La definición de pureza no es sólo un juego de números
Mucha gente ve el paso del 99 por ciento al 99,9 por ciento como un simple aumento de 0,9 puntos porcentuales. Pero en aplicaciones reales, la relación no es lineal. La pureza del nitrógeno generalmente se define como la inversa del nivel de oxígeno residual: . 99 por ciento de pureza significa aproximadamente 10000 ppm de oxígeno por volumen, mientras que 99,9 por ciento de pureza significa aproximadamente 1000 ppm y 99,99 por ciento significa aproximadamente 100 ppm.
Cada vez que se añade un nueve, la concentración de oxígeno residual se reduce diez veces. Lograr una mayor pureza obliga al proceso de separación de gases dentro del generador a trabajar mucho más. Esto afecta directamente a tres áreas clave: costo del equipo, consumo de energía operativa y tasa de recuperación de nitrógeno.
Dónde radica la diferencia en la inversión en equipos
Para los generadores de nitrógeno PSA (adsorción por cambio de presión), el requisito de pureza determina la cantidad y el tipo de tamiz molecular de carbono necesario. Con una pureza del 99 por ciento, el tamiz molecular de carbono estándar funciona bien en condiciones de flujo de aire razonables. El tamaño de la torre de adsorción y las especificaciones de las válvulas se mantienen dentro de un rango rentable.
Pero cuando se pasa al 99,9 por ciento, la cosa cambia. Los microporos del tamiz molecular necesitan separar el oxígeno y el nitrógeno con mayor precisión. Es decir, para obtener la misma producción de gas, el volumen del tamiz debe aumentar entre un 20 y un 35 por ciento. La torre de adsorción debe ser más grande y las válvulas neumáticas, los silenciadores y la precisión de respuesta del sistema de control deben mejorar. Para un generador de nitrógeno con una potencia nominal de 10 Nm³ por hora, un sistema con una pureza del 99 por ciento puede tener un precio de entre 50.000 y 70.000 RMB, mientras que un sistema con un 99,9 por ciento sube de 80.000 a 110.000 RMB. Es muy común una diferencia de precio del 30 al 50 por ciento.
Para los generadores de nitrógeno con separación por membrana, la situación es similar. Una mayor pureza requiere módulos de membrana más largos y un sistema de pretratamiento de aire comprimido más estable. La selección de fibras de membrana también cambia de grados de uso general a grados de alta selectividad, y la prima del equipo a veces es incluso más obvia que con PSA.
Dos variables clave en los costos de energía
Las principales diferencias en los costes operativos provienen de dos factores: el consumo de aire comprimido y la tasa de recuperación de nitrógeno.
Un generador de nitrógeno no convierte directamente el aire en nitrógeno. Separa y expulsa el oxígeno. Cuanto mayor sea el requisito de pureza, menos nitrógeno podrá conservar por unidad de tiempo. Con una pureza del 99 por ciento, la tasa de recuperación suele alcanzar entre el 40 y el 50 por ciento, lo que significa que por cada 100 partes de aire aspirado, se obtienen entre 40 y 50 partes de nitrógeno utilizable. Al 99,9 por ciento, la tasa de recuperación cae al 25 o 35 por ciento.
Una recuperación más baja significa que el compresor de aire tiene que realizar un trabajo mucho más inútil. Para la misma producción de nitrógeno de 10 Nm³ por hora, un sistema con una pureza del 99 por ciento necesita alrededor de 20 Nm³ por minuto de aire de admisión, mientras que un sistema con un 99,9 por ciento puede necesitar más de 30 Nm³ por minuto. El compresor suele ser el mayor consumidor de electricidad en un sistema de generación de nitrógeno. Con una tarifa eléctrica de 0,7 RMB por kWh, funcionando de forma continua durante 8.000 horas al año, la diferencia anual en el coste de la electricidad entre las dos opciones de pureza puede estar entre 15.000 y 25.000 RMB.
Muchos usuarios pasan por alto un punto importante. Un generador de nitrógeno de alta pureza no tiene que funcionar en su modo de máxima pureza todo el tiempo. Si su aplicación real solo necesita un 99 por ciento de pureza pero la máquina está configurada al 99,9 por ciento, no solo está desperdiciando electricidad sino que también está acelerando la degradación del tamiz molecular debido a la humedad y el aceite. Por otro lado, si su proceso ocasionalmente necesita alta pureza pero generalmente funciona a niveles moderados, un diseño de conmutación de pureza dual puede equilibrar efectivamente el costo y la demanda.
Diferencias de mantenimiento ocultas
Los sistemas de menor pureza tienen una mayor tolerancia a las variaciones en la calidad del aire comprimido. Mientras el punto de rocío a presión se controle entre 2 y 5 grados Celsius y el contenido de aceite se mantenga por debajo de 0,01 mg por metro cúbico, el tamiz molecular puede durar fácilmente de 8 a 10 años.
Los sistemas de mayor pureza requieren mucho más cuidado. El tamiz molecular de carbono es extremadamente sensible a la niebla de aceite y al vapor de agua. Incluso pequeñas cantidades de vapor de aceite lubricante que ingresan a la torre de adsorción bloquearán gradualmente los microporos y provocarán una lenta disminución de la pureza. Para proteger el tamiz molecular, es necesario agregar filtros más precisos y torres de carbón activado al sistema de aire comprimido. El costo único de este equipo adicional es de aproximadamente 10 000 a 20 000 RMB, y los elementos filtrantes necesitan un reemplazo más frecuente, lo que agrega de 2000 a 3000 RMB por año en costos de consumibles.
La configuración del analizador de pureza también es diferente. Para obtener una pureza del 99 por ciento, se puede utilizar un sensor electroquímico que cuesta alrededor de 1.000 RMB, y la calibración una vez al año suele ser suficiente. Para obtener una pureza del 99,9 por ciento, normalmente se necesita un analizador de circonio o paramagnético que cueste entre 5.000 y 10.000 RMB, con requisitos más estrictos para la posición de instalación y el pretratamiento del gas de muestra, y un esfuerzo de mantenimiento notablemente mayor.
Una imagen del costo total lo hace más claro
Supongamos que una pequeña y mediana empresa manufacturera utiliza nitrógeno continuamente las 24 horas del día con un caudal de 5 Nm³ por hora y una vida útil del equipo de 8 años.
Para el plan de pureza del 99 por ciento: la inversión en equipos es de 60 000 RMB, el costo anual de electricidad es de aproximadamente 30 000 RMB, el costo de mantenimiento anual es de 4000 RMB y el costo total de 8 años es de aproximadamente 330 000 RMB.
Para el plan de pureza del 99,9 por ciento: la inversión en equipos es de 90.000 RMB, el coste anual de la electricidad es de unos 50.000 RMB, el mantenimiento anual cuesta 7.000 RMB y el coste total de 8 años es de unos 550.000 RMB.
La diferencia entre los dos es 220.000 RMB. Si esta diferencia vale la pena depende totalmente de las necesidades de su proceso. Para blindajes de soldadura, envasado de nitrógeno alimentario y recubrimientos químicos, una pureza del 99 por ciento ya es estable y suficiente. Para aplicaciones como asistencia de corte por láser, soldadura por reflujo de componentes electrónicos y transferencia estéril farmacéutica, es necesaria una pureza del 99,9 por ciento o incluso superior para garantizar el rendimiento del proceso.
Tres sugerencias para compradores técnicos
En primer lugar, no persiga ciegamente la alta pureza. Bastante pureza es suficiente. El margen extra sólo contribuye a una factura de electricidad más alta. Primero puede probar el límite superior de tolerancia al oxígeno real en su punto de uso y luego dejar un margen de seguridad de 1 a 2 puntos porcentuales.
En segundo lugar, preste atención a la especificación del punto de rocío. Muchos usuarios sólo miran la pureza e ignoran el contenido de humedad del nitrógeno. En el caso de la soldadura de precisión o la fabricación de productos electrónicos, el daño causado por la humedad es a veces incluso mayor que el del oxígeno. Si su presupuesto es limitado, dé prioridad al cumplimiento del requisito del punto de rocío y podrá relajar moderadamente el requisito de pureza.
En tercer lugar, deje espacio para futuras actualizaciones. Si actualmente necesita una pureza del 99 por ciento pero puede agregar equipos de alta precisión tres años después, se recomienda reservar entre un 20 y un 30 por ciento de espacio adicional en el volumen de la torre de adsorción durante la selección y elegir un sistema de control con parámetros programables. Gastar un poco de dinero en redundancia es mucho más rentable que reemplazar todo el generador más adelante.
