Generadores de nitrógeno para la industria alimentaria y de bebidas
Un generador de nitrógeno produce el gas de sus procesos de alimentación y bebidas en su propia planta, a partir de aire comprimido y con purezas del 97 % al 99,999 %. Que la generación propia compense frente al tanque criogénico y a las botellas depende del grado de pureza que exija su proceso y de lo que ese grado cueste en aire comprimido cada hora de funcionamiento. Esta página responde a las dos cosas.
Dónde hace falta un generador de nitrógeno en una planta alimentaria
En una planta de alimentación o de bebidas el nitrógeno es un gas de proceso y trabaja en varios puntos. Como gas protector de los alimentos es inerte y no aporta sabor propio al producto. En los depósitos de almacenamiento y de proceso mantiene el oxígeno fuera del espacio de cabeza, de modo que las grasas no se oxiden y el aroma, el color y las vitaminas permanezcan en el producto. En los aceites y las grasas comestibles esa protección dentro del depósito es la razón principal para trabajar con nitrógeno, porque el enranciamiento empieza en el depósito y no en el envase.
En el trasvase y el transporte de producto el nitrógeno hace lo mismo, pero en movimiento. Empuja el producto por las tuberías y lo saca de los depósitos, y transporta polvos por vía neumática sin que el oxígeno del aire llegue al producto. En el llenado y en la producción de bebidas se añaden los pasos que la planta ya conoce: inertizar depósitos, dar contrapresión a botellas y latas antes de llenarlas, purgar botellas, inyectar gas en los depósitos por barboteo y desplazar producto.
En el almacenamiento y la conservación el nitrógeno actúa a lo largo del tiempo y no en un paso concreto del proceso: en recipientes cerrados y en cámaras de almacenamiento reduce la proporción de oxígeno y frena así lo que el oxígeno le hace al producto. Hasta dónde tiene que bajar esa proporción y qué significa para la vida útil depende del producto, del recipiente y del tiempo de almacenamiento.
El nitrógeno cumple la misma función en otros puntos de la planta:
| Proceso | Qué hace allí el nitrógeno |
|---|---|
| Leche en polvo y polvos sensibles a la oxidación | gas de transporte y de cobertura en la fabricación y la manipulación |
| Producción de chocolate | mantiene el oxígeno alejado de la manteca de cacao, cuya grasa se oxidaría |
| Almacenamiento de frutas y hortalizas | reduce la proporción de oxígeno en la cámara, conservación en atmósfera controlada |
| Vino | protege de la oxidación en el depósito y en el trasiego |
| Cervecería | según el paso del proceso, puede asumir parte de las funciones que normalmente cubre el dióxido de carbono |
El envasado en atmósfera protectora es un paso aparte y tiene su propia página. Cuánto oxígeno residual puede quedar en el envase, qué banda de pureza tiene sentido para ello y cuánto gas de barrido consume una línea lo encontrará en Generadores de nitrógeno para envasado alimentario (MAP).
Calidad alimentaria del nitrógeno: los límites del E 941
La calidad alimentaria es una cuestión de especificación y no de alcanzar la pureza más alta posible. El nitrógeno figura como aditivo alimentario con el número E 941, y el anexo del Reglamento (UE) n.º 231/2012 describe qué valores debe cumplir ese aditivo. Son seis valores, y dos de ellos dependen del grado de pureza al que se ajusta un generador.
| Parámetro | Límite según el Reglamento (UE) n.º 231/2012 |
|---|---|
| Análisis | No menos del 99 % |
| Oxígeno | No más del 1 % |
| Agua | No más del 0,05 % |
| Monóxido de carbono | No más de 10 µl/l |
| Metano y otros hidrocarburos | No más de 100 µl/l, expresado como metano |
| Dióxido y óxido de nitrógeno | No más de 10 µl/l |
Ponga el valor de oxígeno junto a la ficha técnica de la gama. El límite es de no más del 1 % de oxígeno, y para el grado de pureza del 99 % la ficha técnica indica 10.000 ppm de oxígeno residual, es decir, exactamente ese valor. Se alcanza con el factor de aire más bajo de todos los grados que cumplen ese límite. Ese grado queda por tanto justo sobre el límite y no por debajo. Decidir si su sistema de seguridad alimentaria exige un margen le corresponde a usted, y quien lo necesite sube un grado. Por eso, la precisión con la que la instalación mantiene su consigna en marcha continua, en el arranque y ante cambios de carga forma parte del dimensionamiento y conviene aclararla antes de elegir el grado. Para el contenido de nitrógeno y para el oxígeno, al final cuenta el grado que exija su propia especificación de producto.
Los otros cuatro valores los decide el tratamiento del aire comprimido situado antes del generador. El agua, el monóxido de carbono, los óxidos de nitrógeno y los hidrocarburos entran en la instalación con el aire comprimido o no lo hacen, y eso lo deciden el secador y las etapas de filtración, no el tamiz molecular de carbón. Aquí conviven dos requisitos que se confunden con facilidad: la clase de aire comprimido que exige el propio generador protege el tamiz molecular, mientras que el tratamiento que mantiene sus cuatro valores se rige por los límites de la tabla anterior. Qué cadena de secador y filtros cumple las dos cosas a la vez depende de la calidad del aire en la entrada y conviene aclararlo antes de comprar. Cómo se compone esa cadena lo encontrará más abajo, en «Qué necesita el generador en planta». Una aclaración, porque estos términos aparecen en las especificaciones: el Reglamento (CE) n.º 1333/2008 recoge dos clases funcionales propias para gases distintos del aire. Una cubre el gas que se introduce en el recipiente antes, durante o después de colocar el alimento en él; la otra, el gas que expulsa un alimento del recipiente.
La generación in situ desplaza la prueba documental, no la elimina. Con el gas suministrado, la calidad llega como certificado junto con la entrega. Con el generador, la pureza se mide en marcha y se puede registrar, y una desviación se ve durante la producción, no en un papel posterior. La comprobación frente a la propia especificación de producto y frente al propio sistema de seguridad alimentaria sigue correspondiendo al operador.
Lo que una pureza más alta cuesta en aire comprimido
Cada grado de pureza tiene su propio factor de aire, es decir, su propia relación entre el aire comprimido y el nitrógeno producido. Ese factor depende únicamente de la pureza ajustada y es el mismo en los 18 modelos de la gama. Así, la decisión sobre la pureza se puede calcular antes de comprar en lugar de notarla después en la factura eléctrica.
| Pureza | Grado de calidad | Oxígeno residual | Caudal de N₂ en la gama | Factor de aire | Consumo de aire comprimido |
|---|---|---|---|---|---|
| 97 % | no indicado en la ficha técnica | no indicado en la ficha técnica | 10,7 a 1.709,1 Nm³/h | 2,3 | 24,6 a 3.930,8 Nm³/h |
| 98 % | no indicado en la ficha técnica | no indicado en la ficha técnica | 8,6 a 1.373,6 Nm³/h | 2,3 | 19,8 a 3.159,4 Nm³/h |
| 99 % | 2.0 | 10.000 ppm | 7,1 a 1.134,0 Nm³/h | 2,6 | 18,5 a 2.948,5 Nm³/h |
| 99,5 % | 2.5 | 5.000 ppm | 6,2 a 990,3 Nm³/h | 2,9 | 18,0 a 2.871,9 Nm³/h |
| 99,9 % | 3.0 | 1.000 ppm | 4,1 a 654,9 Nm³/h | 3,4 | 13,9 a 2.226,6 Nm³/h |
| 99,99 % | 4.0 | 100 ppm | 2,2 a 351,4 Nm³/h | 4,6 | 10,1 a 1.616,4 Nm³/h |
| 99,995 % | 4.5 | 50 ppm | 1,7 a 271,5 Nm³/h | 5,2 | 8,8 a 1.412,0 Nm³/h |
| 99,999 % | 5.0 | 10 ppm | 1,2 a 191,7 Nm³/h | 6,4 | 7,7 a 1.226,7 Nm³/h |
Compare la columna del factor de aire dentro de la banda que entra en juego para su producto. Los grados del 97 % y del 98 % quedan por debajo del 99 % que el E 941 fija como contenido de nitrógeno y, por tanto, solo entran en consideración en aplicaciones sin contacto con alimentos. Dentro de la banda relevante para alimentación, el 99 % tiene un factor de aire de 2,6 y el 99,999 %, de 6,4: para la misma cantidad de nitrógeno, el grado más alto consume unas dos veces y media más aire comprimido, y lo consume en cada hora de funcionamiento. Por eso el grado de pureza sale de la especificación de su producto. Fijada esa cifra, el caudal multiplicado por el factor de aire da el consumo de aire comprimido, y con eso se ve si el compresor que ya tiene es suficiente.
Quien hoy compra nitrógeno líquido trabaja de entrada con la unidad equivocada. En el albarán figuran kilogramos o litros de nitrógeno líquido; en la tabla anterior, metros cúbicos normales de gas. Entre ambos está la densidad normal del nitrógeno, que su proveedor de gas indica en el albarán o en la ficha técnica del producto. La cantidad anual se convierte en valor por hora dividiéndola por las horas en las que realmente se consume gas, no por 8.760. Con esos dos pasos ya puede entrar en la tabla con su propia documentación.
La segunda partida es la simultaneidad. Quien suma los picos de todos los procesos compra una instalación que nunca trabaja a plena carga. Cuando coinciden varios procesos con perfiles distintos, el cálculo es más difícil que en una sola línea: la inertización de depósitos consume de forma constante, el transporte neumático de polvos consume al ritmo de las cargas y, por tanto, a golpes, una purga de botellas consume mucho y durante poco tiempo, y la atmósfera de una cámara de almacenamiento no consume casi nada pero funciona sin parar. En una planta de polvos el transporte es, por eso, el que marca el pico, aunque la inertización de depósitos mueva más cantidad a lo largo del día. Si además difieren las exigencias de pureza, merece la pena preguntarse si todos los procesos tienen que depender del mismo suministro o si dos líneas juntas salen más baratas que una sola ajustada a un grado alto.
Recibirá grado de pureza, modelo y consumo de aire comprimido.
Para empezar basta con su consumo actual y con saber qué procesos dependen de él. De ahí se deduce qué grado de pureza es suficiente y qué consumo de aire comprimido lleva asociado. Si ya tiene el caudal, la pureza y las horas de funcionamiento, recibirá una propuesta de dimensionamiento.
Generador de nitrógeno propio frente al tanque criogénico y las botellas
Tanto el tanque criogénico como la batería de botellas suministran la pureza exigida. Lo que se paga no es solo el gas, sino la puesta a disposición: el alquiler del tanque sigue corriendo durante las semanas tranquilas, las pérdidas por evaporación corren cada noche, los contratos de suministro llevan cláusulas de revisión de precios y el cambio de botellas toca justo cuando la línea está en marcha. A eso se suman tres partidas que fijan el precio durante años: la revisión anual de precios del proveedor, el contrato de tanque a largo plazo y los costes posteriores a la compra que no estaban en la oferta.
La generación in situ cambia todo eso por una inversión y una factura eléctrica. Frente al suministro continuado de nitrógeno líquido, la amortización se sitúa habitualmente en dos o tres años. La comparación es entre la generación propia y exactamente esa vía de suministro; una ampliación de su estación de aire comprimido no entra en ese margen y corresponde a su propio cálculo. Además se cambia un riesgo de precio por otro: en lugar de la revisión anual de su proveedor de gas, asume el precio de la electricidad, que de todos modos ya compra y que no tiene comprometido en un contrato de compra obligada. Que la cuenta salga en su planta depende del perfil de consumo, de las horas de funcionamiento y del precio de la electricidad, de modo que conviene hacerla con sus propias cifras en lugar de aplicar una regla general.
Qué necesita el generador en planta
El generador forma parte de una cadena y dos de sus eslabones los pone la propia planta. La cadena es: aire comprimido, tratamiento, generador, depósito pulmón y punto de toma. El aire comprimido y su tratamiento corren de su cuenta, y ahí se decide justamente la parte de la calidad del gas que no depende del grado de pureza. Un secador elegido demasiado pequeño introduce humedad en la instalación y acorta así la vida útil del tamiz molecular de carbón. El depósito pulmón cubre lo que la media no muestra: los picos de limpieza y de arranque, los cambios de formato y el inicio de lote.
Hay un punto que corresponde al lugar de instalación y no al equipo: el nitrógeno desplaza al oxígeno. Por eso, para el local en el que se instale el generador, la ventilación y una vigilancia del nivel de oxígeno entran en su evaluación de riesgos, y las dos cosas salen más baratas resueltas antes de elegir el emplazamiento que después.
El procedimiento en sí se cuenta rápido. El aire comprimido tratado atraviesa el tamiz molecular, que adsorbe el oxígeno y la humedad mucho más rápido que el nitrógeno, mientras la segunda columna se regenera a menor presión. La pureza es aquí un ajuste y no una propiedad fija del equipo. La página Generadores de nitrógeno NITROBERG® por adsorción por oscilación de presión (PSA) explica el procedimiento paso a paso.
Modelos NITROBERG® para plantas de alimentación y bebidas
Del proceso al equipo se llega con una sola pregunta: ¿qué cantidad y con qué grado de pureza? La gama NITROBERG® cubre del 97 % al 99,999 % y entrega entre 1,2 y 1.709,1 Nm³/h de nitrógeno, según el modelo y la pureza ajustada. Ahí caben tanto la planta pequeña con una línea de llenado como el emplazamiento que abastece un parque de depósitos, el transporte de producto y varias líneas desde una sola fuente. Los valores completos de cada modelo están en la página Generadores de nitrógeno.
Cuando un emplazamiento no dispone de una red de aire comprimido adecuada, el Sistema completo de generación de nitrógeno reúne generador, producción de aire comprimido, tratamiento con secador DRYBERG®, acumulación y control en una unidad premontada, como configuración plug-and-play para NITROBERG® 500 a 900. Por encima de esos modelos dimensionamos la instalación para su emplazamiento. El equipo individual y el sistema completo proceden de un mismo proveedor dentro del BERG Group. Los equipos a presión NITROBERG® afectados se someten a evaluación de la conformidad conforme a la Directiva 2014/68/UE de equipos a presión, dentro del alcance certificado.
Costes posteriores a la compra y servicio
Piezas de desgaste estándar
Los filtros y las piezas de desgaste son componentes estándar disponibles en el mercado libre y no forman parte de un programa ligado al fabricante. Puede comparar ofertas y llevar el cambio a una ventana de mantenimiento planificada en lugar de esperar una fecha de entrega. A lo largo de la vida útil, eso suele pesar más que el precio de compra.
Garantía de tres años, hasta cinco con contrato de mantenimiento
La garantía es de tres años de serie y de hasta cinco años con contrato de mantenimiento. El contrato de mantenimiento fija los intervalos, de modo que las fechas encajan en la planificación y no caen en mitad de un lote en producción.
Servicio de un único proveedor
El servicio y los repuestos proceden de un mismo proveedor dentro del BERG Group, y la ingeniería y la fabricación están en Alemania. En emplazamientos fuera de Alemania se añade, en la mayoría de los mercados, un interlocutor local. Eso cuenta sobre todo allí donde no hay un equipo de mantenimiento propio.
Acceso directo a ingeniería
El dimensionamiento, el aire comprimido y la documentación los habla con los ingenieros que diseñan las instalaciones, no con un centro de llamadas: +49 2151 568 9550. La puesta en servicio y la formación de operadores forman parte del suministro, para que el equipo de turno maneje la instalación por sí mismo después de la entrega.
Preguntas frecuentes sobre generadores de nitrógeno en la industria alimentaria
El nitrógeno figura como aditivo alimentario con el número E 941, y el anexo del Reglamento (UE) n.º 231/2012 fija su especificación: seis valores, desde el contenido y el oxígeno hasta el agua, el monóxido de carbono, los óxidos de nitrógeno y los hidrocarburos. Los límites están en la tabla de esta página. La calidad alimentaria es, por tanto, una cuestión de especificación y no de hasta dónde llega la pureza. Qué valor se consigue en el punto de consumo depende del grado de pureza ajustado y del tratamiento previo del aire comprimido.
El grado de pureza sale de su especificación de producto. Con qué grado funciona un proceso alimentario concreto depende del producto y de la planta: el mismo procedimiento exige otra cifra con otro producto, otro recipiente u otro tiempo de almacenamiento. Por eso no existe una asignación general de proceso a grado de pureza. El camino fiable pasa por el valor objetivo de su propia especificación y por la pregunta de qué cuesta en aire comprimido. Los valores de cada grado de pureza están en la tabla de esta página, y qué valor objetivo es el adecuado para su producto lo aclaramos con usted al dimensionar la instalación.
En los depósitos de almacenamiento y de proceso el nitrógeno protege el producto en el espacio de cabeza; en el trasvase y el transporte lo desplaza y lo mueve; y en el llenado inertiza botellas y latas y les da contrapresión. A eso se suman la purga y el barboteo en la producción de bebidas, además del almacenamiento y la conservación, donde reduce la proporción de oxígeno en recipientes y cámaras. El paso del envasado en sí está en Generadores de nitrógeno para envasado alimentario (MAP).
Lo deciden dos magnitudes, y la calidad del aire se pasa por alto más a menudo que la cantidad. NITROBERG® exige aire comprimido según ISO 8573-1:2010 clase 1.4.1 a 7 bar(g), porque el aceite y la humedad residual del caudal de aire envejecen antes de tiempo el tamiz molecular de carbón. La cantidad sale del caudal multiplicado por el factor de aire, y el factor de aire depende únicamente de la pureza ajustada: es el mismo en los 18 modelos, desde 2,3 con el 97 % hasta 6,4 con el 99,999 %, y en la banda relevante para alimentación, a partir del 99 %, empieza en 2,6. Por eso un grado de pureza más bajo reduce el consumo de forma más que proporcional.
La diferencia está en la especificación con la que se mide. Para el aditivo E 941 hay seis valores fijados. Dos de ellos dependen del grado de pureza: el contenido de no menos del 99 % y el contenido de oxígeno de no más del 1 %, que corresponde al grado de pureza del 99 % con 10.000 ppm de oxígeno residual y queda así, en el cálculo, justo sobre el límite. Quien necesite margen sube un grado. Los otros cuatro, es decir, el agua, el monóxido de carbono, los óxidos de nitrógeno y los hidrocarburos, los decide el tratamiento del aire comprimido situado antes del generador. Quien compra calidad alimentaria necesita, por tanto, las dos cosas: el grado de pureza adecuado y un tratamiento acorde con los demás valores.
Con el gas suministrado llega un certificado por entrega. Con la generación in situ, la pureza se mide en marcha y se puede registrar, con lo que una desviación se ve durante la producción y no después. La comprobación frente a la propia especificación de producto sigue correspondiendo al operador, igual que la decisión de dónde se mide y qué se controla de forma continua o periódica. Esos puntos entran al dimensionar la instalación, porque los puntos de medición salen más baratos antes de tender la tubería que después.
El depósito pulmón salva las interrupciones cortas y da tiempo de reacción. Su tamaño sale de la interrupción más larga que su proceso aguanta, y esa pregunta se aclara antes de elegir el modelo. Qué reserva tiene sentido más allá de eso lo vemos al dimensionar la instalación, junto con el concepto de su instalación y los requisitos de su emplazamiento. La decisión sigue siendo suya como operador.