02 Sep, 2026
La separación criogénica del aire es un método de separación basado en la licuefacción de gases y la destilación fraccionada. Primero, el aire se comprime y se somete a un preenfriamiento; posteriormente, se realiza su fraccionamiento a temperaturas extremadamente bajas para separar los diferentes componentes gaseosos.
La tecnología criogénica puede producir oxígeno, nitrógeno y gases raros de alta pureza, y es adecuada para aplicaciones industriales a gran escala. Su principal ventaja es el suministro continuo de grandes cantidades de gas de alta pureza. Sus principales limitaciones son los elevados costes de construcción y operación, la necesidad de equipos complejos y un consumo energético relativamente alto, lo cual puede ser importante en aplicaciones sensibles al coste de la energía.
La Adsorción por Cambio de Presión (PSA, Pressure Swing Adsorption) separa determinados gases del aire mediante adsorción física. Los tamices moleculares u otros adsorbentes adsorben y desorben alternativamente los gases bajo diferentes niveles de presión.
La tecnología PSA es especialmente eficaz para producir nitrógeno y oxígeno de pureza relativamente alta y resulta adecuada para aplicaciones de pequeña y mediana escala. Entre sus ventajas se encuentran un menor coste operativo, una menor superficie ocupada por los equipos y condiciones de funcionamiento flexibles.
Sin embargo, la PSA es menos eficiente para caudales de gas muy elevados y, normalmente, la pureza no alcanza el nivel que puede obtenerse mediante la separación criogénica del aire. La vida útil y el rendimiento del adsorbente también son factores importantes que limitan la tecnología PSA.
La separación por membranas utiliza membranas semipermeables para separar diferentes moléculas de gas. La membrana permite el paso de determinadas moléculas gaseosas mientras bloquea otras.
Sus ventajas incluyen equipos sencillos, bajo consumo energético y facilidad de mantenimiento, lo que la hace adecuada para aplicaciones de pequeña escala y ubicaciones remotas.
Los principales desafíos son la selectividad y la durabilidad de las membranas. Los materiales de membrana de alto rendimiento son fundamentales para conseguir una alta eficiencia de separación y pureza, pero estos materiales suelen ser costosos y pueden degradarse con el tiempo. Por lo tanto, en algunas aplicaciones, la tecnología de membranas puede ser menos económica o eficiente que otros métodos.
La separación criogénica del aire, la PSA y la separación por membranas presentan cada una sus propias ventajas y desventajas. La selección del método depende de la pureza del gas requerida, la capacidad de producción, el coste y la eficiencia energética de la aplicación específica.
Los principales accesorios utilizados en las tuberías de oxígeno incluyen codos, accesorios de derivación, reductores, juntas de brida y filtros.
La selección de codos, accesorios de derivación y reductores para tuberías de oxígeno deberá cumplir los siguientes requisitos:
① Codos: están estrictamente prohibidos los codos corrugados o con arrugas en las tuberías de oxígeno. Para codos de acero al carbono fabricados mediante curvado en frío o en caliente, el radio de curvatura no deberá ser inferior a 5 veces el diámetro exterior de la tubería.
Para codos de acero al carbono sin costura o soldados mediante prensado, el radio de curvatura no deberá ser inferior a 1,5 veces el diámetro exterior de la tubería.
Para codos sin costura o soldados mediante prensado fabricados de acero inoxidable o aleaciones de cobre, el radio de curvatura no deberá ser inferior al diámetro exterior de la tubería.
Para tuberías de acero soldadas laminadas con una presión de operación inferior a 0,1 MPa, pueden utilizarse codos soldados con un radio de curvatura no inferior a 1,5 veces el diámetro exterior de la tubería.
La pared interior del codo deberá ser lisa y estar libre de bordes afilados, rebabas y cordones de soldadura.
② Accesorios de derivación: para las tuberías de oxígeno se deben utilizar preferentemente componentes sin costura o soldados mediante prensado. Si dichos accesorios no están disponibles, deberán prefabricarse en fábrica o en el lugar de instalación y terminarse sin esquinas afiladas, salientes ni cordones de soldadura.
No se recomienda realizar en obra el corte de orificios ni la inserción de conexiones tipo manguito.
③ Reductores: para las tuberías de oxígeno se deben utilizar preferentemente reductores sin costura o soldados mediante prensado. Cuando se fabriquen mediante soldadura, la longitud de la sección reductora no deberá ser inferior a tres veces la diferencia entre los diámetros exteriores de ambos extremos.
La pared interior deberá ser lisa y estar libre de bordes afilados, rebabas y cordones de soldadura.
Las bridas de las tuberías de oxígeno deberán seleccionarse de acuerdo con las normas vigentes aplicables.
Las juntas de las bridas de las tuberías deberán proporcionar un buen sellado y, al mismo tiempo, mantener una resistencia adecuada. Deben evitarse los materiales combustibles; los requisitos se vuelven más estrictos a medida que aumenta la presión del oxígeno.
Los equipos industriales de generación de oxígeno utilizan tecnología de separación del aire. Primero, el aire se comprime hasta alcanzar una alta densidad y, posteriormente, se utilizan las diferencias en los puntos de condensación de los componentes del aire para lograr la separación gas-líquido a una determinada temperatura, seguida de una rectificación adicional.
El oxígeno industrial se obtiene generalmente mediante este método físico. Los generadores de oxígeno también se denominan equipos de separación de aire.
Según la capacidad de producción, los equipos pueden dividirse en:
Valores como 800 m³/h y 1000–6000 m³/h hacen referencia a la producción horaria de oxígeno de la columna de separación de aire.
En China, los equipos de generación de oxígeno generalmente constan de un compresor de aire, unidad de preenfriamiento, unidad de purificación, columna de separación de aire, etc.
Los generadores de oxígeno domésticos utilizan la tecnología de adsorción y desorción física mediante tamiz molecular.
El generador de oxígeno contiene material de tamiz molecular. Bajo presión, el nitrógeno presente en el aire es adsorbido, mientras que el oxígeno restante, que no ha sido adsorbido, se recoge y purifica para obtener oxígeno de alta pureza.
Cuando se reduce la presión, el tamiz molecular libera el nitrógeno adsorbido de nuevo al aire ambiente. Durante el siguiente ciclo de presurización, vuelve a adsorber nitrógeno y produce oxígeno.
El proceso constituye un ciclo dinámico periódico, y el propio tamiz molecular no se consume.
El documento original indica que los equipos médicos de generación de oxígeno utilizan una tecnología avanzada de separación de aire mediante PSA.
La separación del oxígeno y el nitrógeno se basa en la diferencia en la capacidad de adsorción del adsorbente —tamiz molecular de zeolita— para el oxígeno y el nitrógeno.
Cuando el aire entra en un lecho adsorbente, el nitrógeno es adsorbido con mayor intensidad, mientras que el oxígeno no lo es. Esto permite obtener oxígeno de alta concentración en la salida del lecho de adsorción.
Dado que la capacidad de adsorción del adsorbente cambia con la presión, la modificación de la presión permite realizar ciclos alternos de adsorción y desorción.
Independientemente de la aplicación, los equipos de generación de oxígeno descritos aquí utilizan métodos físicos de generación de oxígeno, separando el oxígeno del aire.
