VPSA vs. PSA: Diferentes tecnologías de separación de gases en la generación de oxígeno

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

Vamos a ver qué son el VPSA y el PSA, cómo funciona cada uno de ellos, las ventajas e inconvenientes de cada uno y las muchas aplicaciones para las que se utilizan en el mundo moderno. Si siempre has sentido curiosidad por saber cómo funcionan estos dos sistemas, estás en el lugar adecuado.

VPSA

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VPSA es el acrónimo de Adsorción por cambio de presión al vacíoy es una tecnología que se utiliza en los 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 el dióxido de carbono, el nitrógeno y el agua que están presentes en cualquier mezcla de aire para que el oxígeno se acumule en lo que queda. Es un método muy eficaz para obtener oxígeno puro, con niveles de pureza que alcanzan hasta 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. Se compone de varias estructuras y equipos que trabajan conjuntamente para garantizar que el oxígeno que se produce al final sea de la máxima calidad. Entre las distintas estructuras que intervienen en este proceso se incluyen las siguientes.

Soplador de aire

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

Una nevera

En los procesos VPSA intervienen altas temperaturas y presiones. Esto puede afectar a la calidad del producto final, por lo que debe existir un mecanismo que regule la temperatura y la presión. Este mecanismo es un refrigerador. Está basado en 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

Es la parte principal de todo el sistema. Suele estar formada por dos torres y una tubería llena de válvulas suficientemente armadas con tamices moleculares de zeolita y alúmina activada que actúan como adsorbentes principales. Aquí, las cosas se ponen en marcha con la llegada de aire comprimido que tiene bajas temperaturas y alta presión que entran en la primera torre. Este aire fluye sobre los materiales adsorbentes de la tubería, donde se adsorben el vapor de agua, el nitrógeno, el dióxido de carbono y cualquier otro material.

Lo que queda es principalmente oxígeno, que se recoge a través de un lecho de adsorción situado en la parte superior de la torre de adsorción y se expulsa como gas de salida. Al mismo tiempo, mientras todo esto ocurre en la primera torre, existe la segunda torre donde tiene lugar 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 más adsorción y se produzca oxígeno.

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

Tanque tampón de oxígeno

Es el depósito que sirve para almacenar el oxígeno final que se ha recogido a lo largo de todo el proceso. Tiene que estar bien asegurado para impedir cualquier mezcla con aire ordinario, que podría introducir nitrógeno y dióxido de carbono en su interior. El tamaño del tanque varía en función de la escala de la operación. Son mucho más grandes si toda la instalación de CPSA es mucho mayor y viceversa.

Sistema de control

Se trata de un centro de control que ejecuta un programa creado específicamente para controlar todos los aspectos de esta instalación. Suele tratarse de un programa de control de válvulas preescrito que se instala en el controlador PLC y que ajusta principalmente el cierre y la apertura de cada una de las válvulas neumáticas de toda la tubería. Esto es necesario para que la adsorción y la regeneración de los tamices se produzcan de forma eficaz y sin interrupciones. Esto no sería posible si el sistema fuera manual, ya que aumentan las posibilidades de que se produzcan errores humanos, lo que podría afectar a los tiempos de producción y aumentar las posibilidades de contaminación.

Ventajas del VPSA

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Son muchas las ventajas asociadas al uso del VPSA frente a cualquier otro proceso o tecnología. Estas ventajas son parte de las razones por las que el VPSA es altamente preferido por muchos fabricantes que tratan con purificación del aire. Entre las ventajas más notables de utilizar este sistema destacan las siguientes.

Utiliza un soplante sin aceite, lo que reduce las posibilidades de arrastre de aceite, un defecto muy común y molesto que afecta a los soplantes lubricados con aceite, que acaban contaminando el oxígeno que se procesa.
Utiliza presiones más bajas, lo que minimiza significativamente la posibilidad de retención de agua y condensación. Esto garantiza 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 como otros sistemas. Esto lo convierte en la opción ideal si desea procesar la máxima pureza de cualquier gas o líquido.
Produce una de las formas más puras de oxígeno sin desperdiciarlo en exceso. El tamices moleculares activados utilizados en los sistemas VPSA son muy eficaces, y el hecho de que el sistema también se encargue de su regeneración una vez que alcanzan sus límites de saturación garantiza que la limpieza del aire continúe sin interrupciones.
Una presión de funcionamiento baja también ayuda a minimizar la formación de polvo en el tamiz. Se trata de una situación en la que el tamiz se deshace del nitrógeno del aire. Esta baja presión reduce enormemente el coste de funcionamiento, algo de lo que se beneficiará en gran medida cualquiera que se ocupe de operaciones a gran escala.
Los sistemas VPSA duran mucho más gracias a sus bajos costes energéticos y a la combinación de una serie de piezas que funcionan eficientemente entre sí. Esto reduce la tensión de cada componente, lo que permite que todo el sistema funcione con flexibilidad y aumenta su vida útil un poco más en comparación con otros sistemas disponibles.
Sólo se necesitan 5 minutos para que el fabricante obtenga la calidad deseada de pureza del oxígeno. Pueden encenderse y apagarse en función de la demanda de oxígeno en cada momento.

Aplicaciones de los sistemas VPSA

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Siendo tan fiable produciendo 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 las siguientes.

En las industrias químicas, para las reacciones de oxidación y el funcionamiento de los incineradores que suelen funcionar mejor cuando se alimentan con oxígeno puro, que quema más caliente que cualquier otra cosa.
En las industrias metalúrgicas que dependen de las altas temperaturas para hacer funcionar hornos lo suficientemente calientes como para fundir metales que tienen puntos de fusión muy altos.
Para la deslignificación y el oxiblanqueo del papel en las fábricas de pasta y papel que intervienen en la fabricación de todos los productos de papel que se utilizan para fabricar libros, entre otros productos.
En los procesos de gestión del agua y los residuos es necesario eliminar 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 los quemadores de combustible de oxígeno y la generación de gases de ozono que se utilizan en diversos sectores manufactureros de 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 las fábricas de vidrio y acero, donde el uso del calor es muy necesario a la hora de convertir las materias primas en formas maleables con las que sea fácil trabajar en otras fases de la fabricación.

PSA

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PSA es el acrónimo de Pressure Swing Absorption (absorción por cambio de presión) y es una nueva tecnología de generación de gas que se creó 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 su tamaño.

El proceso utiliza aire natural como materia prima y se basa en una gran eficacia y selectividad para adsorber los gases necesarios y separarlos del oxígeno. Los tamices moleculares de zeolita que se utilizan en este proceso no difieren mucho de los del VPSA. Sin embargo, en esta situación, los tamices moleculares adsorben las moléculas de gas en función del tamaño de los poros presentes.

Básicamente, todas las moléculas que son lo suficientemente pequeñas como para caber por 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 se puede obtener oxígeno rico en energía al final.

Al igual que en el 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 recoja la cantidad adecuada de oxígeno puro. Para ello se reducen las presiones, que a su vez aumentan la tasa de adsorción de nitrógeno, dejando oxígeno puro para facilitar la recogida.

Principio de funcionamiento

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Hay una serie de piezas y componentes que se utilizan en el sistema PSA y que se combinan entre sí para garantizar que la generación de oxígeno se realice sin que ocurra ningún percance o contaminación al final. A continuación se enumeran las principales piezas que componen el sistema PSA.

Un compresor de aire

Esto es lo que suministra aire bruto a todo el sistema, y la salida está controlada por la cantidad necesaria de oxígeno a procesar. Tiene que seleccionar un compresor de aire que tenga la capacidad para manejar todo el sistema. Una instalación más grande requiere un compresor de aire más grande y viceversa. Tiene que haber un equilibrio.

Secador en frío

Una vez que el compresor ha presurizado el aire, empuja todo eso hacia el secador en fríodonde las altas temperaturas y presiones se regulan hasta niveles manejables. En esta cámara, el aire se enfría, se seca y se eliminan por completo todas las impurezas que pueda haber. Todo esto se combina para bajar la temperatura significativamente mientras se aumenta la presión para dejar las cosas listas para la siguiente etapa.

Dispositivo de desengrase

Se trata de un dispositivo que elimina el aceite y la grasa que se acumulan con el tiempo alrededor de los componentes y la tubería. Esta neblina de aceite suele acumularse cuando las temperaturas descienden a un determinado 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 a su vida útil, haciendo que alcancen sus límites de saturación mucho más rápido de lo normal.

Sistema de adsorción

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

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

Un depósito de inercia

Se trata de un tanque especializado que se utiliza para recoger el oxígeno que se genera en todo el sistema. También se utiliza para estabilizar las cosas mientras la generación y la separación de los gases continúan en segundo plano hasta que todo haya terminado.

Un sistema de control

Se trata de un sistema que hace uso de instrucciones preprogramadas que controlan el funcionamiento natural del Absorción por oscilación de presión sistema desde un solo punto. Lo único que tiene que hacer el ingeniero es añadir el programa e integrarlo todo en el sistema, y el resto se hace solo. Es una forma muy práctica de garantizar el cumplimiento de la eficiencia para obtener la forma más pobre de oxígeno desprovista de cualquier contaminación.

Beneficios de la PSA

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El uso de la tecnología PSA para la generación y separación de gases conlleva una serie de ventajas. El hecho de ser una alternativa al VPSA ha hecho que un buen número de fabricantes y empresas adopten este sistema frente a los demás, y las siguientes son algunas de las ventajas que aporta.

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 mano de obra directa implicada. Si tenemos en cuenta las altas temperaturas y presiones y el hecho de que el oxígeno puro es muy inflamable, tener operarios humanos llenando la superficie del suelo no es una buena idea.
Es un proceso muy fiable que viene acompañado de una mayor seguridad contra fallos. Esto significa que la probabilidad de que se produzcan fallos en los muslos es mínima y, en caso de que ocurran, es mucho más fácil hacer frente a las consecuencias.
Es fácil de arrancar y parar. Ofrece un gran control y precisión, lo que permite producir las cantidades adecuadas de oxígeno cuando es necesario. Esto ahorra costes y reduce las posibilidades de desperdiciar materias primas como los tamices moleculares.
Es un sistema que puede utilizarse durante mucho tiempo, gracias a una vida operativa prolongada. Esto lo convierte en un método muy rentable si lo que se pretende es establecer una operación de separación y generación de gas a gran escala.
Los sistemas PSA tienen bajos costes operativos. Esto se debe a que cada pieza está optimizada para sus funciones. Esto reduce los retrasos, las pérdidas de tiempo y el despilfarro de recursos. Estos tres factores se combinan para reducir el coste global de la operación.
No se necesitan requisitos especiales para el taller y la instalación del sistema es bastante sencilla. Siempre hay margen para ampliarlo más adelante si alguna vez piensas en aumentar tus operaciones.

Aplicaciones de los sistemas PSA

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Los sistemas PSA se utilizan en numerosas aplicaciones de la industria manufacturera y comercial. Es probable que haya utilizado algunos productos que se han fabricado mediante procesos PSA. Las siguientes son algunas de las aplicaciones más notables en este momento.

Soldadura de metales y gases: El oxígeno puro es muy inflamable y arde a temperaturas muy elevadas. Este es el tipo de calor ideal para la soldadura de gas y metal. La mayor parte del oxígeno que se obtiene mediante el proceso PSA se utiliza para realizar trabajos de soldadura precisos en la mayoría de los sectores industriales pesados, como la industria del automóvil, entre muchos otros.
Metalurgia: Es el proceso de crear estructuras utilizando metales de todo tipo y forma. Para moldear un metal, hay que someterlo a un calor intenso que lo lleve al punto de fusión. Esto puede hacerse con electricidad, pero acaba consumiendo mucha energía, lo que supone un coste añadido. Para evitarlo, muchos fabricantes que trabajan con metales utilizan oxígeno puro para quemar los metales a altas temperaturas que facilitan la tarea.
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 cosas como la recuperación de ácido nítrico, óxido de propileno, óxido de etileno, cloruro de vinilo, secado de etanoly muchos otros compuestos químicos que se utilizan en todo el mundo.
Piscicultura: Resulta sorprendente, pero el oxígeno generado por los sistemas PSA también se utiliza en piscicultura de varias formas ingeniosas. Una de las más populares es el uso del oxígeno para reducir los periodos de incubación de los huevos de los peces mediante el suministro de agua rica en oxígeno que acelera el proceso de crecimiento tanto de los huevos como de los peces adultos. Así se aumenta la producción.
Industria del vidrio: Cristalería es otro proceso que requiere mucho calor para transformar la materia prima de arena en lass. Usar electricidad acaba aumentando la factura de la luz, pero usar oxígeno de horno hace que el proceso de fusión sea más rápido, es menos costoso y hay más control.
Depuración del biogás: Uno de los mayores inconvenientes de adoptar la energía del biogás es el hecho de que, junto al tan necesario gas metano, hay una producción muy elevada de sulfuro de hidrógeno. Éste no sólo es tóxico para las personas, sino que puede causar graves daños si se expone a las llamas. Los sistemas PSA se utilizan para eliminar el sulfuro de hidrógeno y otros gases tóxicos que no son necesarios en las instalaciones de biogás.

Veredicto final

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¿Cómo se comparan estos dos sistemas? ¿Cómo elegir entre los dos? La respuesta breve a la segunda pregunta es que todo se reduce a las preferencias personales. Tanto el PSA y VPSA son capaces de realizar las mismas tareas con muy poca diferencia. Sólo tiene que elegir la que mejor se adapte a sus necesidades.

A continuación encontrará una tabla comparativa rápida que muestra cómo se comparan ambos procesos. La información puede ayudarle a tomar una decisión más acertada a la hora de elegir entre PSA o VPSA.

PROCESO	PSA	VPSA
*Central eléctrica*	Compresor de aire	Soplador y bomba de vacío
*Purificación del aire*	Secador de aire y filtros	No es necesario
*Materiales de adsorción*	Tamiz molecular y alúmina	Tamiz molecular y alúmina
*Torres y depósito de inercia*	Recipiente a presión	Presión normal
*Uso del agua*	No es necesario	Requerido
*Consumo de electricidad*	Más	Menos
*Instrumento*	Planta autónoma	Necesario
*Ocupación del suelo*	Pequeño	Más grande
*Coste de inversión*	Menos	Más
*Operación*	Totalmente automatizado	Totalmente automatizado
*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 coste y la escala de la operación. Tenga en cuenta todos estos factores a la hora de tomar la decisión correcta.

Conclusión

Tanto el VPSA como el PSA son procesos muy eficaces y fiables que pueden funcionar en cualquier entorno; todo depende del tipo de configuración que desee utilizar y de los sectores a los que pretenda prestar servicio. Para obtener más información sobre la separación y generación de gas, las máquinas necesarias y cómo configurarlo todo desde cero, consulte lo siguiente visite nuestro sitio web y un equipo de expertos responderá a todas sus preguntas.