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Reducir los costos del gas industrial: Elevar la presión de los gases comprimidos para aumentar el rendimiento 

El sector del gas comprimido enfrenta la volatilidad del mercado, los cambios en el suministro y la demanda, y en muchos casos, costos disparados. Recientemente, tanto el helio como el oxígeno han sufrido de altibajos en costo y disponibilidad, haciendo más imperiosa la necesidad de mejorar el rendimiento y reducir los costos en las tecnologías de la elevación de presión.

Oferta y demanda de gases industriales

En el sector de los gases inertes, la porción más grande la tiene el helio, seguido del argón. El mercado del helio, que se ha utilizado ampliamente en la ciencia e industria debido a su disponibilidad y costo, ha enfrentado una escasez crítica, e incluso hoy en día, los costos son los más altos de la historia. La demanda de helio está impulsada por los escáneres IRM cada vez más prevalente, junto con su mayor uso en el sector de los semiconductores y electrónica. En 2019, muchos científicos se vieron obligados a apagar los imanes superconductores debido a la escasez de helio, que se usaba como gas de protección. La pandemia de la COVID-19 efectivamente mejoró la disponibilidad, ya que la pronunciada disminución del uso de globos para fiestas y celebraciones disminuyó su demanda hasta en 10 %. Sin embargo, el aumento de precio ocasionado por la escasez no ha cambiado.

El oxígeno, por supuesto, es un recurso fundamental para la lucha contra la COVID-19, además de las necesidades de los fabricantes para la producción industrial de acero, plásticos, textiles, braseado, soldadura y corte. Los proveedores de gases industriales reportaron que la demanda aumentó de 5 a 10 veces.

  • El helio aumentó de precio un 135% en 2018
  • La demanda de oxígeno aumentó de 5 a 10 veces en 2020
  • La cantidad de lanzamientos de cohetes a nivel mundial se ha doblado en la última década, aumentando la demanda de helio
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Además de suministrar gases industriales para una amplia gama de necesidades, los proveedores de gases industriales deben aumentar el rendimiento y eficiencia, para garantizar la compresión efectiva en costos del helio, oxígeno y otros gases.

 

Conservación del producto y eliminación de desperdicio

La mayoría de los gases industriales por lo general se entregan a presiones de 2000 psi a 2600 psi en cilindros de acero. Si el gas se utiliza a baja presión, por ejemplo, para soldar, el suministro presurizado se conduce y controla en el punto de uso con válvulas simples. Sin embargo, cuando el uso final necesita gas a presión, no se puede utilizar la presión de cilindro luego de que haya bajado al nivel de la presión de uso final. El gas restante se desperdiciará a menos que la presión sea elevada. Si la aplicación necesita una presión mayor de la que comúnmente suministran los cilindros, se justifica usar un elevador de presión, no solo debido a la utilización del gas, sino porque elimina la necesidad de comprar el gas en cilindros especiales de alta presión, que son más costosos.

Los grandes usuarios de gas industrial pueden reducir aún más sus costos comprando y almacenando el gas en forma líquida, en contenedores aislados de baja presión (dewars). El gas se vaporizará cuando se expone a temperatura ambiente. Por lo general, se utiliza un conjunto con aletas que desarrolla de 50 psi a 150 psi junto con un elevador de presión, lo que proporciona la presión adicional necesaria. Cuando es necesario contar con caudales altos a gran presión, el elevador de presión puede cargar un receptor a un nivel de presión incluso superior, almacenando un volumen de gas que estará disponible para liberación rápida a presión constante mediante un válvula reductora de presión. Se puede elevar la presión de gases tipo aerosol, como el propano, CO2, óxido nitroso, halón, SF6, etc., como gases o líquidos en aplicaciones controladas.

Los elevadores de presión de gas tienen mayor sentido económico para quienes:

  • Compran gas en cilindros de alta presión
  • Regresan los cilindros al proveedor cuando aún contienen gas valioso
  • Tienen un proceso que exige un flujo continuo que solo se puede obtener mediante el uso en cascada de varios cilindros de gas

Con un elevador de gas o sistema de compresión de Haskel, no solo podrá usar del 90 % al 95 % del gas de los cilindros que compre, sino que el sistema mantendrá la presión de proceso cuando esta baje hasta 30 psi.

Reducción de costos y aumento del rendimiento con elevadores de presión de gas

En épocas en que abunda el gas a bajo precio, los empacadores industriales dejarían que la física haga el trabajo del compresor de gas, simplemente permitiendo que la mayor presión del cilindro de suministro presurice el cilindro que se llena.  Sin embargo, para que el proceso sea útil, en el cilindro que suministra se queda una cantidad significativa de gas. Con el nivel actual de los costos, esta pérdida es insostenible, por lo que los empacadores de gas industrial deben usar cada molécula disponible del gas.

Las empresas de gas industrial tienen un trabajo importante por hacer: garantizar la disponibilidad de los gases para una amplia gama de aplicaciones industriales, mientras mantienen sus márgenes de ganancias. Un sistema de compresión de gas adecuadamente diseñado puede ayudar a aumentar la eficiencia y el rendimiento. En mercados que enfrentan un demanda cada vez mayor, añadir un segundo elevador de presión a la línea de fabricación puede reducir el tiempo de inactividad por mantenimiento e incrementar la producción total. La permanente innovación en el desarrollo de la tecnología de la elevación de presión de gas ha ayudado a ampliar las opciones para el diseño óptimo de los sistemas de compresión de gas.

Elegir el elevador de presión correcto para la aplicación

¿Cuál tecnología de elevación de presión es correcta para la aplicación? La seguridad, fiabilidad y costo de capital son todos factores de los costos de operación totales.

Los principales factores para elegir el sistema de elevación de presión de gas son el caudal y las presiones de entrada y salida. Estas presiones pueden determinar cuántas etapas de compresión necesita el sistema. Debido a la compresibilidad del gas, y para lograr la máxima eficiencia, el sistema debe ser diseñado para elevar la presión del gas a una relación de compresión (la presión de salida deseada dividida por la presión de entrada) de aproximadamente 5:1 o 6:1 por etapa.  Mantener baja la relación de compresión del gas también ayuda a reducir la temperatura del gas de salida, ya que el calor generado durante la compresión tiene más oportunidad para dispersarse en un sistema de compresión de varias etapas. Con gases oxidantes, como el oxígeno, evitar una relación de compresión alta mantiene baja la temperatura, reduciendo la posibilidad de incendio.

Para aplicaciones que necesitan elevar la presión del gas de 100 psi a 2000 psi, se debe elevar la presión en dos etapas, por ejemplo, en la primera de 100 psi a 500, y en la segunda de 500 psi a 2000 psi.  Un elevador de presión de dos etapas equilibra automáticamente las presiones entre la primera y segunda etapa, y no necesita intervención del operador.

También es importante usar un elevador de presión con el mayor desplazamiento posible en el recorrido de succión del suministro de gas.  Entre más moléculas de gas pueda aspirar el elevador de gas por cada recorrido, mayor caudal será generado.  

Seguridad

Aunque la mayoría de los elevadores de presión de Haskel son adecuados para una amplia gama de gases industriales, algunos gases o aplicaciones exigen líneas de producto específicas que ofrecen mayor seguridad en el manejo. Al manejar oxígeno, es particularmente importante mantener baja la relación de compresión del gas.

Otro de los factores que puede afectar la seguridad y calidad del producto final es el control cuidadoso de los contaminantes, especialmente cuando los elevadores presión se utilizan para aplicaciones de oxígeno y otros gases de alta pureza. Haskel ofrece ensamble y limpieza de elevadores de presión en salas limpias Clase 100, y entrega el sistema limpio, certificado y listo para usar para el manejo de oxígeno y otros gases usados en aplicaciones de alta pureza. Haskel recomienda que a los elevadores de presión usados en aplicaciones que necesitan limpieza especial, como manejo de oxígeno, se les cambien los sellos, y se limpien y certifiquen cada tres años. Haskel ofrece este servicio.

El ruido es una consideración importante para la seguridad de los empleados. Las reglamentaciones de OSHA y estatales, el espacio en la instalación y la configuración de la línea de fabricación tienen implicaciones en la selección e instalación del sistema.

Fiabilidad

Las necesidades de mantenimiento y servicio, y las reparaciones no programadas, son un factor importante del costo total de propiedad. Muchos sistemas de compresión de gas modernos incorporan sensores e inteligencia artificial para las reparaciones proactivas que reducen el tiempo de inactividad.

Costos totales

En el entorno de hoy en día, para las empresas de empaque de gas industrial, el rendimiento a largo plazo es una preocupación más significativa que los costes de capital iniciales. Resultado final: se trata de maximizar la cantidad de gas que se puede comprimir, aprovechando hasta la última molécula, mientras se equilibran los costos de energía, espacio utilizado y mantenimiento. El diseño y selección cuidadosa del sistema puede mejorar el rendimiento total y ayudar a satisfacer las necesidades crecientes de los clientes, a la vez que mantiene los márgenes de ganancia. 

es-PE