¿Cómo funciona la inertización?

¿Para qué sirve la inertización?

La función principal de la inertización es reemplazar una atmósfera de aire o con alto contenido en vapores inflamables y partículas en suspensión, por una atmósfera protectora inerte. La inertización tiene dos propósitos principales:

• La protección de la calidad de un producto sensible a la presencia de oxígeno (O₂) o humedad (H₂O),
• Una protección obligatoria de tipo seguridad (en zonas ATEX) para proteger el medio ambiente y las instalaciones de los riesgos de inflamación y evitar explosiones.

La inertización representa una estrategia industrial indiscutible para garantizar la protección de los activos, así como la seguridad de las personas en las industrias del sector químico. Para la inertización de tanques con nitrógeno, los ingenieros de aplicaciones de Air Liquide se encarga de proponer dos soluciones:

• Suministro de nitrógeno líquido almacenado en un tanque criogénico: el nitrógeno líquido, para la inertización de tanques, es suministrado a granel mediante camión cisterna y almacenado en estado líquido en un tanque o depósito criogénico de doble pared. Según sus necesidades, un intercambiador térmico vaporiza la cantidad necesaria de nitrógeno líquido para la inertización de reactores. Se trata de una gestión automatizada mediante telemetría.
• La producción on-site con un generador de nitrógeno (tecnología PSA o de membrana) utiliza el aire comprimido ambiente como materia prima para producir nitrógeno de forma continua.

¿Cuáles son los criterios de elección de la solución de inertización?

La elección de la solución de inertización para tanques —mediante el uso de nitrógeno líquido o la producción de nitrógeno con un generador— representa una decisión estratégica dentro de este procedimiento. Esta elección influye en la seguridad de sus instalaciones, la calidad de sus productos y la flexibilidad de su producción. Se trata de una elección que depende esencialmente de aspectos presupuestarios. De forma sencilla, existen tres criterios fundamentales:

• La pureza del nitrógeno necesaria para la inertización de tanques o de su producto (contenido de humedad y oxígeno).
• Los caudales necesarios para inertizar uno o varios tanques.
• Presión necesaria en los tanques en relación con la regulación de los sistemas de inertizado.
• Las variaciones de caudal: regular o variable en el tiempo.
• Espacio disponible en la planta, limitaciones de superficie e integración respecto a la ubicación de los tanques.

Principales modos de inertización

Los 4 modos o sistemas de inertización principales son:

Inertización por efecto pistón

Este modo de inertización consiste en inyectar un gas inerte en la parte inferior del volumen a inertizar y expulsar la atmósfera presente a través de un respiradero situado en la parte superior del mismo volumen.
La implementación de una inertización por efecto pistón requiere el cumplimiento de unas condiciones de inyección específicas en cuanto a velocidad y naturaleza del gas utilizado. El objetivo es reemplazar 1 volumen de atmósfera por 1 volumen de gas inerte.
Para conseguir un mejor efecto, es preferible utilizar gases pesados como el argón (Ar) o el dióxido de carbono (CO₂).

Inertización por dilución

Este modo de inertización consiste en inyectar el gas inerte a través de un orificio y evacuar la atmósfera presente por un segundo orificio de drenaje (boca de hombre o respiradero), generalmente ubicado en la parte superior de la instalación. Posteriormente, el gas inerte inyectado, normalmente nitrógeno, se diluye con la atmósfera a expulsar y reduce gradualmente el nivel de oxígeno (O₂) residual o el contenido de H₂O (agua) hasta lograr el valor deseado, asegurando la integridad de los materiales.
Por ejemplo, para la inertización del espacio de cabeza de un tanque de almacenamiento de un líquido inflamable, el orificio de inyección y el respiradero estarán ubicados en la parte superior del tanque, lo más lejos posible el uno del otro. El caudal de inyección del gas de protección define el tiempo de inyección para alcanzar el nivel de oxígeno objetivo. Cuanto mayor sea el caudal de gas, menos durará la inyección.
La ventaja de esta aplicación de inertización es la sencillez de la ejecución para asegurar una buena calidad de inertización. A menudo, estas instalaciones se utilizan para la inertización de tanques de almacenamiento al aire libre en un entorno sujeto a las inclemencias del tiempo.

Inertización por compresión/expansión (C/E)

El principio de este modo de inertización es establecer un proceso que permita realizar varios ciclos de compresión (por etapas) con gas inerte, seguidos de expansión a presión atmosférica, del equipo a inertizar.
La presión de insuflación y el número de ciclos completos (C/E) definen la concentración residual de O₂ o H₂O. Este modo de inertización se realiza en instalaciones estancas y capaces de soportar presiones lo suficientemente altas como para, entre otras cosas, limitar el número de ciclos.
Ambos procesos de compresión y expansión se pueden realizar a través del mismo orificio. También permite una mejor evacuación de la humedad adherida a las paredes internas del equipo a purgar.

Inertización por vacío/compresión/expansión (V/C/E)

Este modo de inertización es similar al modo (C/E) con la adición de una fase de vacío.
Para la implementación de este modo de inertización, los equipos a inertizar deben ser herméticos para evitar cualquier fuga y soportar presiones positivas y negativas. Los medios técnicos necesarios para la implementación y control de estos modos operativos (C/E y V/C/E) suelen ser muy complejos.
El contenido residual de O₂ y H₂O dependerá de la presión positiva y negativa aplicada, así como del número de ciclos completos (V/C/E) realizados.
Por ejemplo, este modo de inertización se utiliza para purgar botellas de gas antes del llenado.

Ejemplos de uso de la inertización

La inertización por calidad o la inertización por seguridad no son nuevas. Son muy comunes en los procesos industriales. He aquí algunos ejemplos:

• ¿Sabía que, para purgar la humedad y el oxígeno del interior de un horno de tratamiento térmico para el recocido de tubos de acero inoxidable a alta temperatura, se utiliza la técnica de inertización por dilución con nitrógeno puro?
• En la industria alimentaria, el nitrógeno (N₂) se utiliza para la inertización por calidad de depósitos de vino o aceite, pero también para la inertización por seguridad de silos de grano.
• En la industria farmacéutica, el nitrógeno se utiliza para proteger las materias primas, sustancias o materiales reactivas al oxígeno empleadas en la fabricación de medicamentos, o para garantizar la seguridad durante las reacciones químicas o el almacenamiento de productos inflamables o tóxicos.
• En la industria de las bebidas, la inertización constituye una tecnología de desgasificación para eliminar el oxígeno disuelto de ciertas bebidas.
• Inertización de residuos industriales líquidos, bajo una lógica de reciclabilidad de los residuos, es una necesidad en diversos ámbitos del sector industrial.