Sistema personalizado de compressão de nitrogênio: soluções eficientes para geração local de nitrogênio

O que é um sistema de geração de nitrogênio?

Um sistema de controle programável para geração de nitrogênio é uma tecnologia avançada que adota um método de produção de óxido de nitrogênio sem produzir óxido de nitrogênio a partir de uma saída usada; em vez disso, ele é concentrado a partir do ambiente. Esses sistemas de geração de nitrogênio funcionam com princípios específicos, que incluem adsorção por oscilação de pressão ou separação por membrana, para alcançar os níveis de pureza desejados, entre 95% e 99,999%. Os sistemas PSA usam peneiras moleculares de carbono ativado para remover oxigênio e outras impurezas sob pressões variáveis. Já a estrutura da membrana aproveita a inclinação de secagem inerente ao polímero e sua permeabilidade seletiva muito alta para separar o nitrogênio do ar.

Importância das soluções personalizadas

As soluções projetadas para usos específicos são muito vantajosas porque atendem às necessidades de diferentes setores que podem ter demandas semelhantes, permitindo que sistemas e processos operem plenamente. Projetar sistemas de produção de nitrogênio a partir do ar para atender às exigências de cada projeto ajuda as empresas a cumprir requisitos de pureza do gás e vazão volumétrica, além de integrar os sistemas aos processos. Por exemplo, uma operação do setor farmacêutico pode precisar de nitrogênio de qualidade ultr alta devido aos limites muito rigorosos da aplicação, enquanto uma operação de embalagem de alimentos prioriza uniformidade e precisão no fornecimento para preservar os alimentos.

Esses projetos criativos também são eficientes, pois otimizam os custos ao eliminar elementos desnecessários do sistema e reduzir o desperdício de energia. Na prática, essas soluções direcionadas, baseadas na adaptação da tecnologia e do conhecimento industrial, permitem que as empresas definam suas expectativas com precisão, considerando que variações em relação às operações e aos objetivos da empresa não são aceitas.

Visão geral da economia de custos e da eficiência

A implementação de sistemas personalizados de compressão de nitrogênio é fundamental para reduzir os orçamentos operacionais no ciclo industrial. Ao contrário de outros sistemas que podem ser adaptados para isolar problemas específicos, estes são ideais para qualquer ambiente industrial, pois eliminam o desperdício de energia causado por capacidade insuficiente ou excessiva. Por exemplo, o uso da tecnologia de acionamento de velocidade variável (VSD), eficiente em termos de energia, ajuda a reduzir o consumo de potência ao ajustar a saída do compressor à demanda real. Com isso, os custos operacionais podem cair até 35%.

Além disso, o fornecimento de equipamentos personalizados reduz a necessidade de manutenção periódica e as paradas, graças a projetos aprimorados que limitam o risco de desgaste. Filtros e funções de resfriamento podem prolongar a vida útil dos componentes dos equipamentos fabricados para o cliente, atendendo ao nível de limpeza especificado e reduzindo a frequência de substituições e os custos de manutenção da empresa. O desenvolvimento de modelos operacionais que avaliam as variações de vazão dentro dos problemas em questão oferece maior eficiência energética, sobretudo para organizações com atividades significativas nessa área, e opções para reduzir os custos operacionais.

Geradores de nitrogênio por membrana

Os geradores de nitrogênio baseados em tecnologia de separação seletiva de gases usam membranas poliméricas avançadas, que realizam a separação molecular de moléculas menores de oxigênio, dióxido de carbono e vapor de água, enquanto as moléculas maiores de nitrogênio são rejeitadas, deixando um fluxo contínuo de nitrogênio gasoso. Conhecidos pela durabilidade aprimorada, pelo formato compacto e pela possibilidade de ajuste à pureza de nitrogênio desejada, esses sistemas de membrana são projetados para faixas moderadas de pureza, normalmente de 90% a 99,5%.

Os novos avanços na engenharia de membranas aumentaram a produtividade e o desempenho, ampliando as capacidades de propulsão e separação nos processos de separação de gases. Também possibilitaram reduzir o consumo de energia e prolongar a vida útil dos sistemas de membrana. Esses aspectos levaram muitas empresas dos setores de embalagem de alimentos, isolamento farmacêutico e eletrônicos a adotar sistemas de geração de nitrogênio por membrana, que atendem à demanda por nitrogênio gasoso no local de uso sem armazenamento criogênico nem reabastecimentos frequentes. Por fim, os avanços no controle de processos tornaram os sistemas mais automatizados, minimizando erros manuais e ajudando a manter a pureza do nitrogênio em conformidade com normas industriais específicas.

Geradores de nitrogênio PSA

Os geradores de nitrogênio PSA usam peneiras moleculares de carbono para separar o nitrogênio do ar comprimido. O ar contaminado é adsorvido após o desvio do ar comprimido para duas torres, onde as peneiras moleculares de carbono (CMS) adsorvem oxigênio, dióxido de carbono e umidade; assim, o nitrogênio gasoso, limpo e seco, segue para a próxima etapa. A capacidade de fornecer nitrogênio com pureza de cerca de 95% a mais de 99,999% torna as unidades PSA versáteis em aplicações industriais, como produção de tintas, fabricação de objetos metálicos e processamento de alimentos.

Recentemente, o foco passou a ser o aumento da eficiência dos novos sistemas PSA e a redução dos custos associados. Graças aos avanços nos materiais de adsorção e à sua integração em sistemas modulares, o consumo de ar agora é praticamente maximizado, reduzindo o custo do nitrogênio por volume. Além disso, os modernos geradores de nitrogênio PSA são muito mais inteligentes: seus sistemas de controle avançados baseados em controlador lógico programável permitem monitorar em tempo real o status da geração de nitrogênio e ajustar a vazão de saída conforme as mudanças nas exigências da aplicação. Com esses avanços, os geradores de nitrogênio PSA passaram a viabilizar a produção local de nitrogênio em muitos setores industriais.

Entenda a tecnologia dos compressores

Nos últimos anos, os sistemas de compressão passaram por inovações para aumentar a eficiência, reduzir o consumo de energia e limitar as restrições ambientais. Foram desenvolvidas máquinas de ponta. Talvez o avanço mais interessante seja a adoção de acionamentos de velocidade variável nesse setor. A tecnologia VSD permite que os compressores ajustem a rotação dos motores conforme as variações de carga, ajudando os usuários a economizar a potência que seria desperdiçada com compressores convencionais de velocidade fixa. Além disso, novos fabricantes desenvolveram sistemas com compressores sem óleo para fornecer o ar limpo e seco exigido por algumas aplicações muito críticas, como as dos setores farmacêutico e eletrônico.

Outros avanços decorreram de melhorias nos materiais e projetos, que levaram ao uso de componentes de alto desempenho e peças de precisão. Como resultado, as peças críticas sofrem menos danos físicos e duram mais. Os sistemas inteligentes de monitoramento também avançaram muito: além de permitir o aprimoramento dos compressores com funções preditivas, os dados em tempo real fornecidos pelos equipamentos ajudam a otimizar a eficiência do sistema como um todo. Isso demonstra como os compressores se adaptam continuamente do ponto de vista técnico para atender às exigências industriais e contribuir para o conceito moderno de sustentabilidade.

Equipamentos essenciais para uma operação eficiente

Operações industriais eficientes dependem de diferentes máquinas projetadas para alcançar os melhores resultados e, ao mesmo tempo, reduzir paradas e consumo de recursos. Entre elas estão sistemas avançados de filtragem, que ajudam a manter a limpeza do ambiente e protegem as máquinas ao reter impurezas que não devem se acumular no sistema. Isso também desmente a ideia equivocada de que aumentar a velocidade de cada máquina, como um compressor, resulta automaticamente em maior produção.

Por exemplo, graças às tecnologias modernas e aos procedimentos de manutenção, agora é possível evitar o aumento do atrito e o desgaste dos componentes móveis sem danificá-los quando ocorrem condições climáticas adversas ou sobrecarga. Assim, em conjunto com técnicas avançadas de monitoramento da condição dos equipamentos e o uso de recursos tecnológicos modernos, esse sistema utilizado na indústria é eficiente. Com esses recursos essenciais, as empresas podem atender aos requisitos de adequação das instalações, rentabilidade dos negócios e normas ambientais.

Considerações sobre confiabilidade e manutenção

A confiabilidade e o funcionamento dos sistemas industriais dependem muitas vezes de várias estratégias para prevenir falhas potenciais e lidar com elas quando surgem. A manutenção preditiva, que usa sensores ou dispositivos habilitados para a Internet das Coisas, costuma ser destacada como uma solução que amplia o monitoramento remoto e fornece informações sobre a condição dos equipamentos por meio de simulações e notificações em tempo real. Por exemplo, medições de vibração, termografia infravermelha e análise de óleo permitem prever falhas potenciais que podem causar ou causarão ineficiências ou queda no desempenho do sistema.

Em um aspecto ainda mais crítico, as soluções automatizadas de manutenção aprimoraram a execução de tarefas nas organizações, permitindo realizar atividades variadas, como gerenciamento, acompanhamento e programação de ordens de serviço e monitoramento do desempenho declarado dos ativos. Segundo a análise dessa tendência, qualquer empresa que adote manutenção preditiva e preventiva tem menos paradas e custos de reparo do que as que usam apenas técnicas de detecção. Da mesma forma, as organizações também podem eliminar o risco de não conformidade por meio de operações anuais de manutenção do sistema, que, em teoria, devem estar alinhadas aos requisitos de manutenção estabelecidos pela ISO 55000.

Aplicações industriais

A crescente adoção de unidades personalizadas de produção de nitrogênio PSA e por membrana em diferentes setores tem sido fundamental para aprimorar a produtividade, a economia e as operações. Enquanto os gases eram fornecidos às indústrias em cilindros, o transporte era um problema inevitável e também ocorriam interrupções na cadeia de suprimentos. Por isso, esses sistemas geradores de gás são projetados para produzir uma quantidade específica de gás, com determinada pureza, pressão e vazão.

Uma preocupação comum, como a confiabilidade do fornecedor de nitrogênio, também depende da expectativa de que a tecnologia e a produção melhorem, especialmente nos setores de processamento de alimentos e bebidas, pois o fornecedor de nitrogênio sempre opera dentro de um prazo específico e fornece o gás solicitado pelo consumidor. Embalagens resfriadas e preenchidas com nitrogênio podem preservar a qualidade dos alimentos, reduzir a oxidação dos alimentos preparados e melhorar seu sabor. Às vezes, alimentos já preparados são colocados em caixas preenchidas com nitrogênio; isso ajuda a evitar que estraguem ou que o oxigênio dentro da caixa reduza seu frescor.

Além disso, o uso de sistemas personalizados de nitrogênio reforça a proteção ambiental, pois o transporte tradicional de gás está associado a certo nível de emissões de carbono. Em operações como as dos setores de petróleo e gás, que usam nitrogênio em larga escala para recuperação avançada de petróleo (EOR) e limpeza de tubulações, esses sistemas oferecem soluções seguras e eficazes de alta pureza, escaláveis o suficiente para lidar com os desafios de cada situação. Assim, a tecnologia de geração de nitrogênio é muito importante para as indústrias atuais, que dão grande ênfase à precisão, à confiabilidade e à segurança ambiental.

Usos médicos e farmacêuticos

Soluções personalizadas para geração de nitrogênio formam, por assim dizer, a base de áreas importantes de atuação, como a medicina e a indústria farmacêutica, ao fornecer nitrogênio com qualidade e pureza constantes, essenciais para diversos — na verdade, todos — os tipos de operação. Outra aplicação importante ocorre em instalações de envase e fabricação de medicamentos, onde o nitrogênio cria um ambiente sem oxigênio, evitando a oxidação, a polimerização e a degradação dos princípios ativos e ingredientes farmacêuticos ativos. Além dos recursos de diagnóstico disponíveis em clínicas, por exemplo, há a liofilização. Temperaturas muito baixas são essenciais para congelar outras amostras biológicas ou medicamentos.

Para reduzir a degradação de produtos farmacêuticos e de grau médico, é comum usar nitrogênio em embalagens com atmosfera modificada (MAP). Os avanços em MAP são fundamentais nesse campo, pois ajudam a manter a esterilidade dos produtos e a isolá-los de fontes de contaminação. Além disso, os serviços médicos são prestados principalmente em instalações onde o gás é conduzido por tubulações até o local de trabalho para viabilizar procedimentos cirúrgicos e outras intervenções de emergência.

O uso de unidades personalizadas de geração de nitrogênio permite que as empresas tenham apenas os custos necessários, ao mesmo tempo que aumenta a eficiência do processo de fabricação, evita paradas causadas pela falta de gás e elimina a dependência de fornecedores terceirizados. Isso facilita que qualquer empresa aproveite melhor as oscilações na produção. Como seria de esperar, os preços de projetos de unidades de geração de nitrogênio no local variam bastante e não são baixos. Com tratamentos biológicos e outras técnicas inovadoras, os geradores de nitrogênio no local são muito eficientes tanto em projeto quanto em aplicação. Essas tecnologias contribuirão para a melhoria contínua dos padrões de higiene médica e funcional em todo o mundo.

Indústria de alimentos e bebidas

Os geradores de nitrogênio no local são fundamentais no setor de alimentos e bebidas, pois melhoram a qualidade dos produtos, prolongam sua vida útil e ajudam a atender plenamente aos requisitos de segurança. Entre outras aplicações industriais, equipamentos personalizados podem ser usados em embalagens com atmosfera modificada (MAP), que substituem o oxigênio por nitrogênio na embalagem dos alimentos para evitar oxidação e contaminação microbiana. Esse método pode prolongar a vida útil dos alimentos, especialmente carnes, produtos agrícolas, petiscos e produtos de confeitaria.

No entanto, o nitrogênio é indispensável na fabricação de bebidas e é usado principalmente para eliminar o oxigênio de garrafas ou latas, sobretudo durante o envase. Caso contrário, o oxigênio presente na bebida engarrafada ou enlatada pode provocar sua oxidação e, com isso, deteriorar o sabor, o aroma e a qualidade geral do produto. O uso de bebidas nitrogenadas, como café infusionado com cerveja nitrogenada, também reflete as tendências atuais de marketing de produtos, que empregam a inovação como estratégia comercial para buscar crescimento no mercado.

Os sistemas modernos de geração de nitrogênio oferecem economia de custos e possibilidade de expansão. Eles podem tornar obsoleto o transporte de gás a granel, uma prática normalmente cara e prejudicial ao meio ambiente, pois os fornecedores podem produzir no local seu próprio nitrogênio mais limpo. Além disso, a análise de perigos e pontos críticos de controle (HACCP) não funciona muito bem nos setores de alimentos, farmacêutico ou cosmético, pois, embora seja necessário cumprir os doze fluxogramas que identificam as mudanças no fluxo dos alimentos e se elas foram adaptadas, nem mesmo os integrantes dos grupos focais aplicam medições rigorosas; a norma BRC de Segurança de Alimentos é voltada principalmente aos setores farmacêutico e de novos diagnósticos, além da segurança dos alimentos.

Eficiência de custos e economia

A produção de nitrogênio no local oferece uma vantagem muito importante na transição dos métodos tradicionais de fornecimento — que envolvem o uso de tanques de nitrogênio sobre o solo, cilindros ou distribuidores — para configurações bem planejadas de geração de nitrogênio gasoso no local. Por isso, instalações com sistemas de armazenamento e manuseio de gás liquefeito de alta pressão (no mínimo 1200 psi) ou de gás em cilindros de alta pressão podem obter economia de custos. Os sistemas locais reduzem o tempo de inatividade da instalação, pois fornecem nitrogênio gasoso continuamente até o ponto de uso. Como resultado direto, a produtividade do sistema aumenta.

Pesquisas mostram que os setores industriais podem reduzir as despesas em até metade ao dependerem do fornecimento de nitrogênio entregue. A manutenção dessas instalações custa muito pouco, pois as unidades são construídas para durar muito tempo, mesmo sem reparos frequentes. Além disso, a geração de nitrogênio no local permite que os produtores fabriquem nitrogênio somente quando necessário, reduzindo a produção excessiva e o desperdício. É fácil ajustar os níveis de produção de nitrogênio de acordo com os cronogramas operacionais e, em ambos os casos, os sistemas garantem que seja fornecido apenas o volume necessário. Assim, requisitos de pureza ultra-alta e de fornecimento e distribuição estratégicos, dos quais dependem muitos setores, podem ser atendidos de forma bastante competitiva pela produção de nitrogênio no local, em comparação com recursos alternativos.

Maior confiabilidade do fornecimento

A produção de nitrogênio no local melhora a confiabilidade do fornecimento ao eliminar a dependência de terceiros e os riscos associados ao trânsito ou a diferenças no processo de liquefação decorrentes da eliminação das divisões. Com isso, as próprias instalações podem produzir nitrogênio sempre que necessário, o que significa que as operações não precisam parar devido à interrupção das práticas de fornecimento ou a desafios logísticos. Novas instalações equipadas com unidades de separação de ar por PSA ou membrana são configuradas para manter sempre disponível uma vazão específica de nitrogênio, correspondente a uma determinada classe de pureza usual naquele setor industrial.

Além disso, a presença de equipamentos de reserva e recursos de controle automático permite resolver rapidamente problemas de operação da unidade. Por esse e vários outros motivos, a geração de nitrogênio no local é uma opção exaustiva rumo a uma solução revolucionária, principalmente para problemas dos sistemas de produção relacionados à cadeia de suprimentos, nos quais interrupções decorrentes de eventos são inaceitáveis, como no empacotamento de alimentos, na fabricação de medicamentos e na indústria eletrônica.

Considerações ambientais

A capacidade de produzir nitrogênio no local é considerada altamente benéfica, pois os métodos de produção e entrega usados para fornecer nitrogênio têm um impacto ambiental inferior ao que poderiam ter. O fornecimento local de nitrogênio gasoso reduz a necessidade de veículos movidos a combustíveis fósseis e, consequentemente, as emissões atmosféricas. Além disso, as atividades operacionais associadas à produção local de nitrogênio gasoso podem ser reduzidas pelo uso de equipamentos de baixo consumo de energia, como alguns modelos de geradores indiretos de nitrogênio gasoso que empregam técnicas de PSA ou membrana.

Muitas tecnologias atuais usam materiais reutilizáveis nos componentes de adsorção e separação, em consonância com as iniciativas modernas de sustentabilidade nos setores industriais. Abandonar um sistema programado de transporte frequente e controle de estoque, adotando em seu lugar um sistema de fabricação que mantém estoques apenas onde necessário, contribui invariavelmente para a proteção ambiental. Exemplos extremos de soluções inovadoras incluem equipamentos de geração de nitrogênio que podem ser únicos por serem alimentados por energia residual, oferecendo ainda mais opções para economizar recursos naturais.