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Nitrógeno en la industria y sus usos

Grados de pureza de gas para industria

Clasificación de la pureza del gas nitrógeno en la industria

La clasificación de pureza del gas nitrógeno en la industria se realiza con el sistema de clasificación mediante dígitos dentro de cada grado de pureza mínima. El primer dígito de cada grado se refiere al número de “nueves” presentes en él, mientras que el segundo dígito representa el número que sigue al último nueve. Por ejemplo, el grado N3.0 equivale a un 99,9% de pureza y es una clasificación de pureza de gas de grado puro (no lleva ningún segundo dígito).

Las clasificaciones de nitrógeno de grado puro incluyen N2.0, N3.0, N4.0, N5.0, N6.0 y N7.0.

¿Qué es el gas nitrógeno de pureza ultra alta (UHP)?

El gas nitrógeno de pureza ultra alta se refiere a una concentración de gas nitrógeno del 99,999% con impurezas insignificantes. Las especificaciones del nitrógeno son estrictas y las variaciones hacen que la clasificación no sea válida.

El contenido de oxígeno del gas no puede ser superior a 2 partes por millón en volumen (ppmv), el total de hidrocarburos no puede superar las 0,5 partes por millón en volumen y la humedad no puede ser superior a 1 parte por millón en volumen). El gas nitrógeno UHP se utiliza normalmente en aplicaciones científicas.

Nitrógeno en la industria

¿Qué es el nitrógeno libre de oxígeno (OFN)?

El nitrógeno libre de oxígeno se define como nitrógeno gaseoso que no contiene más de 0,5 partes por millón de oxígeno. El gas OFN suele tener una pureza del 99,998%. Este grado de gas nitrógeno es útil en la investigación científica y en los procesos de calibración en los que las impurezas de oxígeno podrían alterar los resultados o provocar resultados incorrectos.

Grados de pureza del gas nitrógeno por industria/aplicación

Como se ha mencionado anteriormente, la concentración de nitrógeno necesaria en los distintos procesos industriales varía mucho. La consideración clave al elegir un grado de nitrógeno es el efecto de las impurezas en la aplicación seleccionada. La sensibilidad a la humedad, el oxígeno y otros contaminantes son factores críticos a considerar.

Nitrógeno de grado alimentario/nitrógeno de grado para bebidas

Alimentos con nitrógeno en la industria

El nitrógeno se utiliza habitualmente en diferentes etapas de la producción, el envasado y el almacenamiento de alimentos y bebidas. El nitrógeno en el envasado y procesamiento de alimentos se utiliza para preservar la vida útil de los alimentos/bebidas procesados mediante la eliminación de los oxidantes de los alimentos, la preservación del sabor y la prevención de la rancidez. Los requisitos de gas nitrógeno de grado alimentario suelen estar entre el 98-99,5% de pureza.

Nitrógeno de grado farmacéutico

Los procesos de fabricación farmacéutica requieren altos niveles de pureza para evitar la contaminación y la alteración de sus productos finales. Muchos medicamentos requieren nitrógeno de alto grado con una pureza entre el 97-99,99%. Este nitrógeno de alta a ultra alta pureza se utiliza para cubrir con nitrógeno los tanques de almacenamiento, los recipientes y otros equipos utilizados en la fabricación de medicamentos.

El nitrógeno de alta pureza también se utiliza en el envasado de medicamentos para ayudar a conservar la frescura y evitar que los ingredientes activos se deterioren.

Nitrógeno de grado O&G

El nitrógeno gaseoso con niveles de pureza que van del 95 al 99% es útil en la industria del petróleo y el gas para reducir el riesgo de incendios y explosiones en los procesos asociados. La inertización de tanques de almacenamiento de productos químicos y la purga de tuberías con nitrógeno gaseoso ayudan a minimizar el riesgo de combustión repentina de su contenido.

Los servicios de mantenimiento de tuberías utilizan con frecuencia nitrógeno presurizado para la limpieza de tuberías y los procesos de desmantelamiento de las mismas.

Pureza del nitrógeno industrial

A continuación se describen algunas aplicaciones industriales y sus requisitos de grado de nitrógeno.

Grados de pureza del nitrógeno

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Nitrógeno de grado electrónico y de fabricación de semiconductores

Los requisitos típicos de grado de nitrógeno en la producción de electrónica y semiconductores suelen ser de al menos 99,99-99,999%. Algunos procesos como la limpieza de piezas y el recubrimiento de adhesivos utilizan concentraciones más bajas de nitrógeno (95-99,5%).

Nitrógeno de grado de fabricación de plásticos

Los requisitos de grado de nitrógeno para la síntesis de plásticos son del 95-98% para los procesos de moldeo por inyección, del 99,5% para el moldeo por inyección asistida por gas y del 98-99,5% para la extrusión de película soplada.

Nitrógeno de grado metalúrgico

El nitrógeno de grado metalúrgico varía ampliamente desde el 95-99% para el tratamiento térmico hasta el 99-99,999% para los procesos de corte por láser.

Nitrógeno de grado de generación de energía

Los procesos de generación de energía, como la purga de sellos de gas, la colocación de calderas, la purga de líneas de gas natural y el blanqueo de agua desmineralizada, requieren nitrógeno gaseoso con purezas entre el 95-99,6%.

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Tanques de almacenamiento

Tanques de almacenamiento para gas industrial

Nitrógeno líquido

El nitrógeno es inerte y no soporta la combustión; sin embargo, no soporta la vida. Cuando el nitrógeno se convierte en líquido, se convierte en un líquido criogénico que requiere de almacenamiento especializado.

Los líquidos criogénicos son gases licuados que tienen un punto de ebullición normal inferior a -150o C (-238o F). El nitrógeno líquido tiene un punto de ebullición de -195,8o C (-320,5o F). Todos los líquidos criogénicos producen grandes cantidades de gas cuando se vaporizan en sus tanques de almacenamiento.

Efectos sobre la salud

La exposición al nitrógeno líquido o a los vapores de nitrógeno frío puede provocar grandes daños en los tejidos o quemaduras.

Al ser inodoro, incoloro, insípido y no irritante, el nitrógeno no tiene propiedades de advertencia. Los seres humanos no poseen sentidos que puedan detectar la presencia de nitrógeno. Aunque el nitrógeno no es tóxico y es inerte, puede actuar como un simple asfixiante al desplazar el oxígeno del aire a niveles inferiores a los necesarios para mantener la vida. La inhalación de nitrógeno en cantidades excesivas puede provocar mareos, náuseas, vómitos, pérdida de conciencia y la muerte.

La muerte puede producirse por errores de juicio, confusión o pérdida de conciencia que impida el auto-rescate. Con una baja concentración de oxígeno, la inconsciencia y la muerte pueden producirse en segundos y sin previo aviso.

El personal, incluido el de rescate, no debe entrar en zonas donde la concentración de oxígeno sea inferior al 19,5%, a menos que esté provisto de un aparato de respiración autónomo o de un respirador con línea de aire.

Contenedores

Contenedores de gas nitrógeno

El nitrógeno líquido se almacena, envía y manipula en varios tipos de contenedores, dependiendo de la cantidad requerida por el usuario. Los tipos de contenedores que se utilizan son el dewar, el cilindro de líquido criogénico y el tanque de almacenamiento criogénico.

Dewars

Este tipo de contenedor es un recipiente no presurizado. La unidad de medida de la capacidad de un dewar suele ser el litro. Existen dewars de 5 a 200 litros. El producto puede extraerse de los dewars pequeños vertiéndolo, mientras que los de mayor tamaño requerirán un tubo de transferencia. Los cilindros de líquido criogénico que son recipientes presurizados a veces se denominan incorrectamente dewars.

Cilindros de líquido criogénico

Los cilindros de líquido criogénico son recipientes a presión aislados y con camisa de vacío para el almacenamiento. Vienen equipados con válvulas de seguridad y discos de ruptura para proteger los cilindros de la acumulación de presión. Estos recipientes funcionan a presiones de hasta 350 psig y tienen capacidades de entre 80 y 450 litros de líquido.

Tanques de almacenamiento criogénico

Los tanques pueden tener forma esférica o cilíndrica. Se montan en lugares fijos como recipientes estacionarios. Los tanques están diseñados de acuerdo con las especificaciones de la ASME para las presiones y temperaturas implicadas.

Utilice únicamente recipientes adecuados para la manipulación y/o el transporte de líquidos criogénicos. No almacene nitrógeno líquido en ningún recipiente con una tapa ajustada; una tapa suelta ayuda a evitar que el aire y la humedad entren en el recipiente y, al mismo tiempo, permite que se escape la presión.

Tanques de almacenamiento de nitrógeno

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Consideraciones de seguridad

  • Quemaduras por contacto con el frío

El líquido o el gas a baja temperatura de cualquiera de las sustancias criogénicas especificadas producirá efectos en la piel similares a una quemadura. La temperatura extremadamente baja del líquido puede provocar graves congelaciones o daños en los ojos al entrar en contacto. Los síntomas de la congelación incluyen el cambio de color de la piel a blanco o amarillo grisáceo y el dolor tras el contacto con el nitrógeno líquido puede remitir rápidamente. Los objetos en contacto con el nitrógeno líquido se vuelven extremadamente fríos. Tocar estos objetos puede provocar desgarros en la carne.

  • Explosión – Presión

El flujo de calor hacia el criógeno procedente del entorno vaporizará el líquido y puede provocar un aumento de la presión en los recipientes de contención criogénicos y en las líneas de transferencia. Al vaporizarse, el nitrógeno líquido se expande por un factor de 696; un litro de nitrógeno líquido se convierte en 24,6 pies cúbicos de gas nitrógeno. Se debe proporcionar un alivio de presión adecuado a todas las partes de un sistema para permitir esta salida de gas rutinaria y evitar la explosión.

  • Explosiones – Químicas

Los fluidos criogénicos con un punto de ebullición inferior al del oxígeno líquido son capaces de condensar el oxígeno de la atmósfera. El reabastecimiento repetido del sistema puede provocar que el oxígeno se acumule como un contaminante no deseado. Puede producirse un enriquecimiento de oxígeno similar cuando el aire condensado se acumula en el exterior de las tuberías criogénicas. Pueden producirse reacciones violentas, por ejemplo, combustiones rápidas o explosiones, si los materiales que entran en contacto con el oxígeno son combustibles.

  • Asfixia

El gas nitrógeno líquido liberado en un espacio confinado puede desplazar suficiente oxígeno para que la atmósfera sea incapaz de mantener la vida y causar asfixia sin previo aviso. Se producirán grados de asfixia cuando el contenido de oxígeno del entorno de trabajo sea inferior al 20,9% en volumen. Los efectos de la deficiencia de oxígeno se hacen notorios a niveles inferiores a ~ 18% y la muerte súbita puede ocurrir a ~ 6% de contenido de oxígeno por volumen. Esta disminución del contenido de oxígeno puede ser causada por un fallo/fuga del recipiente criogénico o de la línea de transferencia y la subsiguiente vaporización del criógeno.

 

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Manipulación segura de gas -320 °

Manipulación segura de Gas Industrial

GENERALIDADES:

El nitrógeno líquido es inerte, incoloro, inodoro, no corrosivo, extremadamente frío (-320° Fahrenheit) y no inflamable. facilidad de manipulación segura.

La relación de expansión de líquido a gas es de 1 a 694.

EQUIPO DE PROTECCIÓN PERSONAL:

Deben usarse gafas contra salpicaduras químicas, protector facial y guantes de material impermeable. También se recomienda el uso de mangas largas y pantalones/pantalones sin puño durante la manipulación, operaciones de transferencia o siempre que exista la posibilidad de exposición a derrames de nitrógeno líquido.

MANIPULACIÓN SEGURA:

Deben utilizarse contenedores resistentes a los impactos que puedan soportar las temperaturas extremadamente bajas. Materiales como el acero al carbono, el plástico y el caucho se vuelven frágiles a estas temperaturas. UTILIZA ÚNICAMENTE RECIPIENTES APROBADOS Y SIN SELLAR. Nunca viertas nitrógeno líquido en un termo. Nunca selles el nitrógeno líquido en un recipiente. La vaporización podría hacer que el recipiente acumule una enorme presión y explote.

Manipulación de nitrógeno

PELIGROS:

El nitrógeno líquido puede producir condiciones de asfixia por desplazamiento de la concentración de oxígeno en el aire por debajo de los niveles necesarios para mantener la vida. Las fugas de calor están siempre presentes y la vaporización tiene lugar continuamente. La velocidad de evaporación varía, dependiendo del diseño de los contenedores y del volumen almacenado. En general, los contenedores criogénicos llevan incorporada una liberación de presión de seguridad.

El nitrógeno líquido sólo debe almacenarse en zonas bien ventiladas. Una nube o penacho de vapor, creado por la condensación del vapor de agua, puede ser evidencia de una fuga. Cuando el gas se calienta a temperatura ambiente, la nube de vapor puede no ser visible, pero el peligro puede seguir estando presente. NO confíes en la presencia de un penacho como evidencia de una liberación de nitrógeno.

Mantén el tapón contra el polvo en la salida de llenado/vaciado del contenedor para evitar la contaminación (los frascos son contenedores con camisa de vacío, no presurizados). Comprueba los tapones para asegurarte de que no han quedado sellados por la acumulación de escarcha.

-Peligro.

Peligro de manipulación

Los frascos sumergidos en nitrógeno líquido pueden explotar violentamente al ser retirados. Lleva protección para la cara y los ojos. Los viales de plástico utilizados para almacenar células en nitrógeno líquido están diseñados para ser utilizados en la fase de vapor de nitrógeno líquido. Cuando se sumergen en la fase líquida, el nitrógeno líquido suele entrar en los viales alrededor de la junta tórica fría. Cuando los viales se retiran a temperatura ambiente, el nitrógeno líquido del vial empieza a hervir inmediatamente.

Por lo general, se escapa inofensivamente más allá del sello. Ocasionalmente (aproximadamente 1 de cada 1000 viales), el cierre es demasiado hermético y la presión provoca una violenta ruptura del vial, enviando fragmentos de plástico afilado que salen disparados en direcciones imprevisibles con la energía suficiente para lacerar la cara y causar graves lesiones oculares. Cuando se extraen viales del nitrógeno líquido, es obligatorio llevar protecciones faciales completas, que se retraigan hasta tocar la barbilla para que los fragmentos no puedan volar por debajo de la protección. Si le quedan bien, use gafas debajo del protector facial.

EXPOSICIÓN:

La exposición, que puede ser demasiado breve para afectar a la piel de la cara o las manos, puede dañar los tejidos delicados. La exposición al nitrógeno líquido o a los vapores de nitrógeno frío puede provocar daños o quemaduras importantes en los tejidos. Enjuaga las zonas afectadas con grandes volúmenes de agua tibia (105-115°F) para reducir la congelación. Afloja la ropa que pueda restringir la circulación. NO APLIQUES CALOR. Los tejidos congelados son indoloros y tienen un aspecto ceroso con un color amarillo pálido. Las personas con falta de oxígeno deben ser trasladadas rápidamente a zonas con atmósfera normal. Si la víctima no respira, debe iniciarse la ventilación asistida.

Protección para manipulación segura de nitrógeno

 

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