O nitrogênio é um gás muito comum e abundante na atmosfera. Cerca de 79% do ar ambiente é composto de nitrogênio, mas para obter apenas nitrogênio é preciso separá-lo dos outros gases atmosféricos indesejáveis, como o oxigênio. Na indústria, serve para suprir a demanda de maneira mais independente, eficiente e econômica.
Para esse processo de separação são utilizados geradores de nitrogênio. Trata-se de equipamentos que a partir do ar comprimido (composto por 78% de Nitrogênio, 20,9% de Oxigênio, 0,9% de Argônio, 0,008% de Dióxido de Carbono e outros gases) são utilizados para separar o nitrogênio, a fim de alcançar diferentes purezas de acordo com as necessidades de cada aplicação.
O princípio básico de uma usina geradora de nitrogênio consiste em captar, comprimir e tratar o ar atmosférico, por meio de compressores, filtros e secadores adequados, conduzindo-o então a um sistema de dois vasos preenchidos com peneira molecular.
Camila Mesquita, representante da Jotaflex explica que eliminando o oxigênio do ambiente é possível inibir o crescimento bacteriológico em alimentos & bebidas e processos farmacêuticos; prevenir a oxidação em metais e polímeros, ao retirar o oxigênio podemos prevenir a oxidação de metais em processos de tratamento térmico e produtos químicos, tintas, corantes, polímeros de descoloração; e reduzir os riscos de combustão espontânea e explosão.
“Esse equipamento é fundamental para o amplo leque de processos e aplicações industriais, o gás nitrogênio pode ser produzido de forma mais eficiente e econômica se comparado com as opções existentes no mercado, como a compra do gás dos fornecedores tradicionais” – destaca Camila.
Ela explica ainda que o gerador de gás nitrogênio proporciona independência das empresas fornecedoras de gás, pois ao adquiri-lo, o usuário não estará vinculado a contratos de fornecimento, que normalmente contém cláusulas de consumo mínimo, bem como a variação dos preços de mercado, pois o N2 é uma commodite. Outra vantagem proporcionada pelo gerador de gás nitrogênio é o preço do gás gerado, pois seu principal insumo é o ar comprimido e a energia elétrica consumida na geração desse ar.
A manutenção do sistema, basicamente se restringe à troca dos elementos filtrantes e revisão nos secadores, uma vez que os componentes do sistema têm como principais características a durabilidade e a eficiência. Quando a manutenção destes itens é feita regularmente, o gerador de gás nitrogênio pode ter uma vida útil de mais de 10 anos, independentemente da tecnologia utilizada.

Processo de separação
Os geradores de nitrogênio são utilizados em todo e qualquer processo que requeira nitrog ênio gasoso, dentro dos limites de pureza indicados, desde o enchimento de pneus na aviação, como na produção de fertilizantes, empresas alimentícias, de embalagem, em cabines de pintura, entre outras. De acordo com Daniele Manffim, gerente de marketing da Metalplan, há duas formas mais comuns de executar esta separação.
Uma delas é a destilação criogênica do ar em grandes e complexas instalações industriais. Neste caso, o nitrogênio é obtido e armazenado no estado líquido, devendo ser transportado nesta condição até o consumidor final. Trata-se de um processo de alto custo, que exige pesados investimentos. Sua vantagem é a obtenção de nitrogênio extremamente puro.
A outra maneira de se obter nitrogênio é pela separação à temperatura ambiente, no próprio local de consumo, através de membranas permeáveis ou peneiras moleculares (PSA).
O gerador de nitrogênio por membranas consiste num feixe de membranas capilares, com permeabilidade nanométrica (molecular), através do qual o ar comprimido previamente tratado flui e os gases indesejáveis “escapam” pelos “poros” das membranas, liberando apenas nitrogênio na extremidade final do feixe.
O ar comprimido tratado entra nos módulos de membranas de fibras ocas que são definidos de acordo com a vazão, pureza e pressão do nitrogênio adequado para cada aplicação. “Esta tecnologia é ideal para aplicações onde a exigência de pureza do nitrogênio seja de até 98,5%, apresentando uma relação custo benefício muito interessante” – enfatiza Camila.
As moléculas de nitrogênio são maiores em comparação com as moléculas dos outros gases existentes no ar comprimido que passam pela membrana que tem o formato de tubo e saem direto para a tubulação de distribuição, enquanto as moléculas dos outros gases são permeadas pela parede da membrana devido as dimensões das mesmas e são descartados na atmosfera.
Esse processo consiste em duas torres preenchidas com pastilhas de carbono com superfície porosa. Ao receber o ar comprimido tratado, o gerador trabalha em ciclos de geração, estabilização e regeneração nas torres de PSA, enquanto uma torre está separando o nitrogênio dos outros gases, a outra torre estará sendo regenerada para receber o ar comprimido e repetir o ciclo.
As pastilhas de carbono compactadas retêm os outros gases (de moléculas menores) e o nitrogênio (moléculas maiores) percorrem os espaços vazios em direção a tubulação de distribuição. Os outros gases são descartados na atmosfera. Esta tecnologia é a mais indicada para purezas a partir de 99% podendo atingir 99,999% e são dimensionados de acordo com a necessidade de cada aplicação.

Aplicações
Geradores de nitrogênio permitem que a indústria e empresas tomem controle da produção do gás nitrogênio, sem depender dos custos de empresas terceiras tais como R$/m³, transporte, locação, entre outros.
Fábio Assumpção, representante da Parker Hannifin, explica que o gás nitrogênio é aplicado em diversos segmentos de mercado, fundamentalmente em situações onde há risco de explosão (nitrogênio é um gás inerte qual isola o ambiente do oxigênio), oxidação (sem o oxigênio, não há como haver ferrugem) e crescimento bacteriológico (criando uma atmosfera modificada as bactérias não tem como se proliferar na ausência de oxigênio).
Alimentício: Modificar a composição da atmosfera interna de uma embalagem é uma das formas mais eficientes de se prolongar a vida útil de produtos e alimentos. Basicamente, trata-se de retirar o oxigênio e substituí-lo por um gás inerte. O nitrogênio, por ser um gás inerte, é ideal para armazenar e transportar alimentos e bebidas. Com a quantidade correta de nitrogênio, a respiração dos alimentos diminui e melhora sua vida útil, além de evitar o uso de aditivos e conservantes, melhorando assim a qualidade do produto.
Na indústria do vinho, o nitrogênio é usado para impedir a oxidação, permitindo assim, o uso de menos aditivos. Além disso, ele ajuda a conservar a acidez, a cor, o aroma e o sabor natural do vinho, que tem também sua vida útil aumentada quando os tanques de armazenamento são inertizados com N2.
Em sucos de fruta, a oxidação da vitamina C é um fator decisivo. O uso do nitrogênio em tanques, recipientes, tubulação e garrafas impede a oxidação. Para dissolver o oxigênio dissolvido no suco, o nitrogênio passa pelo líquido, formando bolhas que transportam oxigênio, que é, então, extraído do suco.
Tratamento de metal: Nitrogênio é usado para purgar fornos de tratamento térmico e inertizar materiais para solda, prevenindo a oxidação da superfície do metal e minimizando a geração de impurezas. Em adição, nitrogênio é inserido nas fornalhas ocupando o lugar do oxigênio pelo fato de o oxigênio ter a tendência de reagir com certos metais a altas temperaturas.
Indústria eletrônica: o nitrogênio é utilizado no controle de umidade residual existente dentro do invólucro interno de um sistema óptico eletrônico e pode servir como uma bomba prestes a explodir. Para eliminar esse risco é utilizado o nitrogênio industrial, que elimina a umidade desses sistemas e torna o processo mais seguro.

Corte a Laser: Os lasers industriais precisam de nitrogênio como um gás auxiliar para ajudar no processamento dos materiais. O processo de corte a laser usa um feixe de laser para derreter ou alterar quimicamente o material a ser cortado, o nitrogênio é utilizado para impedir a oxidação do material a ser cortado, ajuda a manter a forma do feixe e evita a redução da potência do feixe.
Farmacêutica: Muitos materiais reagem e se tornam instáveis em ambientes, mesmo com baixas concentrações de oxigênio. No Armazenamento de substâncias voláteis, por exemplo, o nitrogênio forma uma capa protetora sobre a substância, impedindo a degradação do produto pela oxidação. Para centrífugas de rejeitos servem para evitar situação de risco explosivo, uma vez que há atrito entre carga de solventes orgânicos liberada na presença de oxigênio + eletricidade.
No caso dos reatores, usados para a mistura de produtos na indústria farmacêutica e cosméticos, o nitrogênio é usado para eliminar o oxigênio e umidade quando do enchimento ou esvaziamento do reator. Por sua vez, na pulverização são utilizados para remoção de oxigênio presente em líquidos através de injeção de nitrogênio na forma de microbolhas. Método rápido, eficaz e não introduz outra substância no líquido.
Pneus: A substituição do ar comprimido pelo nitrogênio para pneus de carros, ônibus e caminhões acarretam uma vida útil maior do pneu e diminuição no consumo de combustível. O tamanho das moléculas de oxigênio é bem menor que as moléculas de nitrogênio, vazando assim mais facilmente dos pneus. Ao ser enchido com nitrogênio, o pneu derrapa menos, vaza menos, faz com que o veículo gaste menos combustível e é mais confiável para se guiar.
Cabine de Pintura: Nitrogênio usado no lugar do Ar Comprimido para diminuir o consumo de tinta, melhoria da qualidade da pintura (Casca de Laranja) e redução no tempo de cura.

Normas e principais cuidados
Não há qualquer tipo de restrição ao uso de geradores de nitrogênio, desde que o nitrogênio seja utilizado no formato gasoso. De acordo com Daniele, também não há nenhuma norma específica para este tipo de equipamento. Ele se enquadra em normas mais abrangentes de projeto, operação e manutenção de equipamentos sob pressão.
“Um cuidado particular refere-se ao ambiente onde o gerador encontra-se instalado, que deve ser muito bem ventilado, uma vez que a purga dos gases indesejáveis é rica em oxigênio, podendo haver o risco de explosão” - ressalta a gerente de marketing.
Na Europa, Asia e EUA os geradores de nitrogênio já são tecnologias estabelecidas e concretizadas. No Brasil, existe uma busca pelo crescimento de mercado. Atualmente a tecnologia está mais difundida e os clientes já procuram os equipamentos por enxergarem as vantagens proporcionam.
No caso da Jotaflex, Camila explica que os geradores de nitrogênio fabricados pela Parker, da qual são representantes, são certificados por uma empresa independente atendendo o mercado de Alimentos & Bebidas e Farmacêutico. Em 2013 quando foram nomeados distribuidores da empresa, os clientes não conheciam a tecnologia e além da negociação comercial, havia a necessidade de se quebrar o paradigma que incluía uma certa desconfiança.
“Percebemos uma retomada de investimentos a partir do 2º semestre de 2019. As vendas dos geradores normalmente são de média e longa maturação, muitas vezes em função dos contratos bastante detalhados com as empresas fornecedoras de gases” – completa Camila.
Assumpção afirma também que há uma busca crescente pelos geradores de nitrogênio, principalmente pelo constante reajuste de preços repassados pelos fabricantes de gases para seus clientes finais. Juntamente com a procura pela sustentabilidade uma vez que os geradores fornecem nitrogênio constante e sem alteração de pureza.

Contato das empresas
Jotaflex: www.jotaflex.com.br
Metalplan: www.metalplan.com.br
Parker Hannifin: www.parker.com