VPSA vs. PSA: diferente tecnología de separación de gases en la generación de oxígeno

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Por mucho que el aire se produzca naturalmente a nuestro alrededor en la atmósfera, el proceso de separación de los gases individuales que están presentes no es tan fácil si se trata del aire normal. Al mismo tiempo, estos gases individuales son muy importantes para una serie de aplicaciones que afectan a nuestra vida cotidiana. Esta es la razón por tecnologías de vanguardia como VPSA y PSA se desarrollaron para ayudar a extraer gases importantes como el oxígeno de los compuestos en su forma más pura.

Vamos a ver qué son VPSA y PSA, cómo funciona cada uno de ellos, las ventajas y desventajas de cada uno, y las muchas aplicaciones para las que se utilizan en el mundo moderno. Si siempre ha tenido curiosidad por saber cómo funcionan estos dos, entonces está en el lugar correcto.

VPSA

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VPSA es un acrónimo de Adsorción por cambio de presión al vacío, y es una tecnología que se utiliza en generadores de producción de oxígeno a nivel industrial. La tecnología VPSA hace uso de una base de litio tamiz molecular y una serie de desecantes especiales para absorber impurezas como dióxido de carbono, nitrógeno y agua que están presentes en cualquier mezcla de aire para que el oxígeno se acumule en lo que queda. Es un método muy eficiente para obtener oxígeno puro, con niveles de pureza que alcanzan el 95%. Este es el nivel que se requiere para el oxígeno médico y otras aplicaciones importantes.

Principio de funcionamiento

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La configuración básica de la producción de oxígeno VPSA no es tan complicada. Está compuesto por varias estructuras y equipos que trabajan en conjunto para garantizar que el oxígeno que se produce al final sea de la mejor calidad. Estas diferentes estructuras involucradas en este proceso incluyen las siguientes.

Soplador de aire

Hay un soplador de aire que está conectado a una bomba de vacío que proporciona a la configuración aire puro, alimentándolo a través de todo el sistema. La presión que suministra el aire al sistema debe calibrarse para cumplir con los requisitos de toda la configuración para que esto sea exitoso. La función principal de la bomba de vacío es asegurarse de que se analice todo el sistema y, al mismo tiempo, mantener todo el conjunto en un estado de vacío inactivo, lo que crea las condiciones adecuadas para que las máquinas VPSA absorban otros gases mientras producen. oxígeno puro

un enfriador

Hay altas temperaturas y presiones que están involucradas en los procesos VPSA. Esto puede afectar la calidad del producto final y tiene que haber un mecanismo a través del cual se regulen la temperatura y las presiones. Esto viene en forma de un enfriador. Es a base de agua y el aire que se recibe del soplador pasa a través del enfriador, donde la temperatura y la presión se reducen significativamente para mejorar la adsorción de los gases no deseados y otros compuestos.

Sistema de adsorción

Esta es la parte principal de todo el sistema. Suele estar formado por dos torres y una tubería llena de válvulas suficientemente armadas con tamices moleculares de zeolita y alúmina activada que actúan como los principales adsorbentes. Aquí se arranca con la llegada de aire comprimido de baja temperatura y alta presión que entra en la primera torre. Este aire fluye sobre los materiales adsorbentes en la tubería donde se adsorbe el vapor de agua, el nitrógeno, el dióxido de carbono y cualquier otro material.

Lo que queda es principalmente oxígeno, y este se recolecta a través de un lecho de adsorción que se encuentra en la parte superior de la torre de adsorción y se entrega como salida de gas. Al mismo tiempo, mientras todo esto se lleva a cabo en la primera torre, está la segunda torre donde se lleva a cabo la regeneración de los tamices moleculares. Cada vez que los tamices están a punto de alcanzar su saturación y límite de adsorción, se inyecta una corriente de aire a baja temperatura y alta presión en la segunda torre para que tenga lugar una mayor adsorción y se produzca oxígeno.

Así es como estas dos torres son capaces de producir oxígeno puro; se combinan entre sí a la perfección al eliminar los gases no deseados de una torre y recolectar oxígeno puro y limpio en la siguiente.

Tanque intermedio de oxígeno

Este es el tanque que actúa como almacenamiento para el oxígeno final que se ha recolectado durante todo el proceso. Tiene que estar bien asegurado para evitar que se mezcle con el aire normal, lo que puede volver a introducir nitrógeno y dióxido de carbono. El tamaño del tanque varía según la escala de la operación. Son mucho más grandes si toda la configuración de CPSA es mucho más grande y viceversa. 

Sistema de control

Este es un centro de control que ejecuta un programa creado específicamente para controlar cada aspecto de toda esta configuración. Este suele ser un programa de control de válvula preescrito que se instala en el controlador PLC y ajusta principalmente el cierre y la apertura de cada válvula neumática en toda la tubería. Esto es necesario para que la adsorción y la regeneración de los tamices se realicen de manera eficiente y sin interrupciones. Esto no sería posible si el sistema fuera manual, ya que eso aumenta las posibilidades de errores humanos y eso podría afectar los tiempos de producción y aumentar las posibilidades de que ocurra una contaminación.

Beneficios de VPSA

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Hay muchos beneficios asociados con el uso de VPSA sobre cualquier otro proceso o tecnología. Estos beneficios son parte de las razones por las que VPSA es muy preferido por muchos fabricantes que se ocupan de purificación de aire. Las ventajas más notables de usar este sistema incluyen las siguientes.

• Hace uso de un soplador sin aceite, y esto reduce las posibilidades de que se produzca un arrastre de aceite, que es un defecto muy común y molesto que afecta a los sopladores lubricados con aceite, que terminan contaminando el oxígeno que se procesa.
• Hace uso de presiones más bajas, y esto minimiza significativamente el potencial de retención y condensación de agua. Esto asegura que haya muy poca humedad en el producto que se purifica.
• Hay menos uso de válvulas y colectores, y esto hace que la transferencia de gases y líquidos de un tanque a otro sea mucho más rápida, ahorrando tiempo y energía, algo que la mayoría de las otras opciones no pueden ofrecer.
• El sistema no es tan vulnerable a la humedad en comparación con otros sistemas. Esto lo convierte en una opción ideal si está buscando procesar la mayor pureza de cualquier gas o líquido con el que pueda estar tratando.
• Produce una de las formas más puras de oxígeno sin desperdiciar mucho. los tamices moleculares activados utilizados en los sistemas VPSA son altamente eficientes, y el hecho de que el sistema también atienda su regeneración una vez que alcanzan sus límites de saturación asegura que la limpieza del aire continúa sin interrupciones.
• La baja presión de operación también ayuda a minimizar la formación de polvo en el tamiz. Esta es una situación en la que el tamiz elimina el nitrógeno del aire. Esta baja presión reduce enormemente el costo de operación, y esto es algo de lo que cualquiera que se ocupe de operaciones a gran escala se beneficiará enormemente.
• Los sistemas VPSA duran mucho más debido a los bajos costos de energía y una combinación de varias partes que funcionan de manera eficiente entre sí. Esto reduce la tensión en cada componente, lo que permite que todo el sistema funcione con flexibilidad, aumentando su vida útil un poco más en comparación con otros sistemas disponibles.
• Los rápidos tiempos de puesta en marcha requieren solo 5 minutos para que el fabricante obtenga la calidad deseada de pureza de oxígeno. Se pueden encender y apagar dependiendo de las demandas de oxígeno en un momento determinado.

Aplicaciones de los Sistemas VPSA

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Siendo tan confiable en la producción oxígeno de alta calidad y otros componentes, los sistemas VPSA han sido adoptados por varias industrias importantes y se utilizan en diversas aplicaciones que incluyen lo siguiente.

• En industrias químicas, para reacciones de oxidación y funcionamiento de incineradores que suelen funcionar mejor cuando se alimentan con oxígeno puro, que arde más que cualquier otra cosa.
• En las industrias metalúrgicas que dependen de altas temperaturas para operar hornos lo suficientemente calientes como para fundir metales que tienen puntos de fusión muy altos.
• Para la deslignificación y el oxiblanqueo de papel en las fábricas de pulpa y papel que participan en la fabricación de todos los productos de papel que se utilizan para hacer libros, entre otros productos.
• En los procesos de gestión de aguas y residuos se requiere la eliminación de gases tóxicos como el sulfuro de hidrógeno, que puede ser venenoso para el medio ambiente si se deja acumular en grandes cantidades en espacios abiertos.
• Para alimentar quemadores de combustible de oxígeno y la generación de gases de ozono que se utilizan en diversos sectores de fabricación en todo el mundo.
• En la industria minera para procesos como la purificación de oro o la recuperación de uranio para su enriquecimiento y otros usos. 
• En fábricas de vidrio y acero donde el uso de calor es muy necesario cuando se trata de convertir las materias primas en formas maleables que sean fáciles de trabajar en otras etapas de fabricación.

PSA

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PSA es un acrónimo de Absorción por cambio de presión y es una nueva tecnología de generación de gas que fue creado para ofrecer una alternativa al popular VPSA. También hace uso de materiales adsorbentes que actúan como tamiz para filtrar las moléculas de gas en función de sus tamaños. 

El proceso utiliza aire natural como materia prima y se basa en una alta eficiencia y selectividad para adsorber los gases necesarios para separarlos del oxígeno. Los tamices moleculares de zeolita que se utilizan en este proceso no son tan diferentes de los de VPSA. Sin embargo, en esta situación, los tamices moleculares adsorben las moléculas de gas según el tamaño de los poros presentes. 

Básicamente, todas las moléculas que son lo suficientemente pequeñas para caber a través de los poros son adornadas mientras que las más grandes son repelidas. Esto significa que la separación de gases es muy eficiente a través de este proceso, y es una de las formas en que puede obtener oxígeno rico en energía al final.

Al igual que en VPSA, la capacidad de adsorción de las semillas llega a su límite y se activa la regeneración para mantener el proceso en marcha hasta que se recolecte la cantidad adecuada de oxígeno puro. Esto se hace reduciendo las presiones que a su vez aumentan la tasa de adsorción de nitrógeno, dejando oxígeno puro para una fácil recolección.

Principio de funcionamiento

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Hay una serie de piezas y componentes que se utilizan en el sistema PSA que se combinan entre sí para garantizar que la generación de oxígeno se realice sin ningún contratiempo o contaminación al final. Las siguientes son las partes principales que componen el sistema PSA.

un compresor de aire

Esto es lo que proporciona aire crudo a todo el sistema, y ​​la salida está controlada por la cantidad necesaria de oxígeno para ser procesado. Debe seleccionar un compresor de aire que tenga la capacidad de manejar todo el sistema. Una configuración más grande requiere un compresor de aire más grande y viceversa. Tiene que haber un equilibrio.

secador frío

Una vez que el compresor ha presurizado el aire, empuja todo eso hacia el secadora fria, donde las altas temperaturas y presiones se regulan a niveles manejables. En esta cámara, el aire se enfría, se seca y todas las impurezas que puedan eliminarse por completo. Todo esto se combina para bajar la temperatura significativamente mientras aumenta la presión para preparar las cosas para la siguiente etapa.

Dispositivo desengrasante

Este es un dispositivo que elimina el aceite y la grasa que se acumula con el tiempo alrededor de los componentes y la tubería. Esta neblina de aceite suele acumularse cuando las temperaturas bajan a un cierto nivel, y puede ser una fuente de contaminación si no se hace nada a tiempo. La neblina de aceite también tiene un efecto negativo en los tamices moleculares de zeolita, ya que afecta su vida útil, haciendo que alcancen sus límites de saturación mucho más rápido de lo normal.

Sistema de adsorción

Esto también viene con dos torres y una tubería con una red de válvulas que se atascan con adsorbentes tamices de zeolita. Cuando el aire comprimido se inyecta en la primera torre, se pasa sobre una capa de adsorbentes donde el nitrógeno, el agua y dióxido de carbono son absorbidos, dejando oxígeno atrás.

En la segunda torre, los tamices moleculares de zeolita se regeneran constantemente cada vez que llegan a su límite, y esto es lo que hace que el proceso continúe sin parar hasta que se recolecta la cantidad deseada de oxígeno. Los dos se combinan a la perfección, como un sistema VPSA, para garantizar que el nivel de pureza del oxígeno sea lo más alto posible.

Un tanque de inercia

Este es un tanque especializado que se usa para recolectar el oxígeno que se genera en todo el sistema. También se usa para estabilizar cosas ya que la generación y separación de los gases continúan en segundo plano hasta que todo está hecho.

Un sistema de control

Este es un sistema que hace uso de instrucciones preprogramadas que controlan el funcionamiento natural del Absorción por cambio de presión sistema desde un punto. Lo único que se requiere que haga el ingeniero es agregar el programa e integrar todo con el sistema completo, y el resto se encarga de sí mismo. Es una forma muy práctica de garantizar que se respete la eficiencia para obtener la forma más pobre de oxígeno que esté libre de contaminación.

Beneficios del PSA

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Hay una serie de ventajas que vienen con el uso de la tecnología PSA para generar y separar gases. Ser una alternativa a VPSA ha visto a un buen número de fabricantes y empresas adoptar el sistema sobre los demás, y los siguientes son algunos de los beneficios que esto trae a la mesa.

• Existe el uso de la automatización, y esto hace que el proceso sea mucho más seguro y eficiente. Este no sería el espacio si hubiera trabajo manual directo involucrado. Cuando considera las altas temperaturas y presiones y el hecho de que el oxígeno puro es muy inflamable, no es una buena idea tener operadores humanos llenando el área del piso.
• Es un proceso muy confiable que viene con una mayor seguridad contra fallas. Esto significa que la probabilidad de que los muslos salgan mal es mínima y, en el caso de que ocurran, entonces es mucho más fácil lidiar con las consecuencias.
• Es fácil de iniciar y detener. Esto ofrece un gran control y precisión, lo que permite que se produzcan las cantidades correctas de oxígeno cuando sea necesario. Esto ahorra costos y reduce las posibilidades de desperdiciar materias primas como tamices moleculares.
• Es un sistema que se puede utilizar durante mucho tiempo, gracias a una vida operativa prolongada. Esto lo convierte en un método muy rentable para adoptar si está buscando establecer una operación de separación y generación de gas a gran escala.
• Los sistemas PSA tienen bajos costos operativos. Esto se debe al hecho de que cada parte está optimizada para sus funciones. Esto reduce los retrasos, la pérdida de tiempo y el desperdicio de recursos. Los tres se combinan para reducir el costo total de la operación.
• No se necesitan requisitos de taller especiales, y configurar el sistema es bastante fácil. Siempre hay espacio para la expansión más adelante si alguna vez piensa en ampliar sus operaciones.

Aplicaciones de los Sistemas PSA

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Hay una serie de aplicaciones para las que se utilizan los sistemas PSA en las industrias manufactureras y comerciales. Probablemente haya usado ciertos productos que se han hecho usando procesos de PSA. Las siguientes son algunas de las aplicaciones más notables en este momento.

• Soldadura de metales y gas: El oxígeno puro es altamente inflamable y arde a temperaturas muy altas. Este es el tipo de calor que es ideal para la soldadura de gas y metal. La mayor parte del oxígeno que se recolecta a través del proceso PSA se utiliza para realizar trabajos de soldadura precisos en la mayoría de los sectores industriales pesados, como la industria automotriz, entre muchos otros.
• Metalurgia: Este es el proceso de creación de estructuras utilizando metales de todo tipo y forma. Para que el metal se moldee, debe someterse al intenso calor que lo lleva a un punto de fusión. Esto se puede hacer usando electricidad, pero eso termina usando mucha energía, y eso es un costo adicional. Para eludir esto, muchos fabricantes que se ocupan de los metales utilizan oxígeno puro para quemar los metales a altas temperaturas que lo hacen más fácil.
• Industrias petroquímicas: La mayoría de los productos químicos y petroquímicos dependen de formas puras de oxígeno para sus procesos de oxidación cuando se trata de recuperar ácido nítrico, óxido de propileno, óxido de etileno, cloruro de vinilo, secado de etanol, y una serie de otros compuestos químicos que se utilizan ampliamente en todo el mundo.
• Piscicultura: Esto es una sorpresa, pero el oxígeno generado por los sistemas PSA también se usa en la piscicultura de varias maneras ingeniosas. Uno popular es el uso de oxígeno para reducir los períodos de incubación de los huevos de peces al suministrar al agua oxígeno rico que acelera el proceso de crecimiento tanto de los huevos como de los peces adultos. Aumentando así la producción.
• Industria del vidrio: Fabricación de vidrio es otro proceso que requiere mucho calor para cambiar las materias primas de arena a lass. El uso de electricidad termina aumentando las facturas de energía, pero el uso de oxígeno en el horno hace que el proceso de fusión sea más rápido, menos costoso y hay más control.
• Purificación de Biogás: Uno de los mayores inconvenientes de adoptar la energía del biogás es el hecho de que junto con el tan necesario gas metano, existe una producción muy alta de sulfuro de hidrógeno. Esto no solo es tóxico para las personas, sino que puede causar daños graves si se expone a las llamas. Los sistemas PSA se utilizan para eliminar el sulfuro de hidrógeno y otros gases tóxicos que no se requieren en las instalaciones de biogás.

Veredicto final

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Entonces, ¿cómo se comparan estos dos sistemas entre sí? ¿Cómo elegir entre los dos? La respuesta corta a la segunda pregunta es que todo se reduce a preferencias personales. Ambos PSA y VPSA son capaces de manejar las mismas tareas con muy poca diferencia. Simplemente tienes que ir con lo que se adapte mejor a tus necesidades.

La siguiente es una tabla de comparación rápida que muestra cómo los dos procesos se comparan entre sí. La información puede ayudarlo a tomar una mejor decisión a la hora de elegir PSA o VPSA.

NUESTRO PROCESO	PSA	VPSA
Planta de energía	Compresor de aire	Soplador y bomba de vacío
Purificación de aire	Secador de aire y filtros	No hay necesidad
Materiales de adsorción	Tamiz molecular y alúmina	Tamiz molecular y alúmina
Torres y Tanques de Inercia	Recipientes a presión	Presión normal
Uso del agua	No requerido	Requerido
Uso de electricidad	Más	Menos
Instrumento	Planta Autónoma	Necesidad
Ocupación de tierras	Pequeño	Más grande
Costo de inversión	Menos	Más
Operación	Completamente automatizados	Completamente automatizados
Presión de oxígeno	0.2 – 0.4	0.02 – 0.03

Como puede ver en el gráfico anterior, las diferencias no se centran en la funcionalidad, sino más bien en el costo y la escala de la operación. Ten en cuenta todos estos factores a la hora de tomar la decisión correcta.

Conclusión

VPSA y PSA son procesos altamente eficientes y confiables que pueden funcionar en cualquier entorno, todo se reduce al tipo de configuración que le gustaría usar y las industrias a las que pretende servir. Para obtener más información sobre la separación y generación de gases, las máquinas necesarias y cómo configurar todo desde cero, entonces Echa un vistazo a nuestro sitio web y tenga todas las preguntas que pueda haber respondido por un equipo de expertos.