Concentrador d'oxigen

Un concentrador d'oxigen és un dispositiu que concentra l'oxigen d'una corrent gaseosa (habitualment aire ambiental) per mig de la separació selectiva del nitrogen.

Els dos métodos d'us comú són l'adsorció per inversió de pressió i la separació de gasos per membrana.

Història

Els concentradors d'oxigen mèdics domèstics es varen inventar al començament de la década de 1970, en un aument en la producció d'estos dispositius a finals d'esta década. Les empreses Union Carbide i Bendix Corporation varen ser els primers fabricants. Abans d'aquella época, els tractaments mèdics domèstics en oxigen requerien l'us de pesats balons d'oxigen a alta pressió o chicotets sistemes d'oxigen líquit criogènic. Abdós sistemes requerien freqüents visites a domicili per part de proveïdors de suministraments d'oxigen. En Estats Units, Medicare va establir un pagament mensual per servici per als tractaments mèdics en oxigen a domicili des de mediats de la década de 1980, incentivant a l'indústria a adoptar ràpidament els concentradors d'oxigen com a manera de controlar els costs. Este sistema va reduir dràsticament el número de balons d'oxigen a pressió i sistemes en oxigen líquits en us en llars d'Estats Units en aquell temps. Els concentradors d'oxigen es varen convertir en el mig preferit i més comú de proporcionar oxigen a domicili. El número de fabricants que es varen introduir el mercat de concentradors de l'oxigen va aumentar exponencialment a raïl d'este canvi. L'empresa Union Carbide va inventar el tamís molecular en la década de 1950, fent estos dispositius possibles. També va inventar el primer sistema d'oxigen mèdic líquit criogènic en la década posterior.

Funcionament

Els concentradors d'oxigen que utilisen la tecnologia d'adsorció per inversió de pressió (PSA) s'utilisen àmpliament per al suministrament d'oxigen en aplicacions sanitàries, especialment aquelles en les que l'oxigen líquit o presurizado és massa perillós o inconvenient, com en llars o clíniques portàtils. Per a atres fins, també existixen concentradors basats en tecnologia de membranes de separació de nitrogen.

Els concentradors d'oxigen prenen aire i li lleven nitrogen, deixant un gas enriquit en oxigen, per a que lo puguen utilisar les persones que requerixen oxigen mèdic pels seus baixos nivells d'oxigen en la sanc. Els concentradors d'oxigen proporcionen una font econòmica d'oxigen en processos industrials, a on també es coneixen com a generadors d'oxigen o plantes de generació d'oxigen.

Adsorció per inversió de pressió

Modern Fritz Stephan GmbH FS360 L / min concentrador d'oxigen multiplataforma de tamís molecular múltiple

Estos concentradors d'oxigen utilisen tamisos moleculars para adsorber gasos i funcionen segons el principi d'adsorció per inversió ràpida de pressió de nitrogen atmosfèric en minerals de zeolita a alta pressió. Este tipo de sistema d'adsorció és, per tant, funcionalment un depurador de nitrogen que deixa passar el restant de gasos atmosfèrics, deixant l'oxigen com a gas primari restant. La tecnologia PSA és una tècnica fiable i econòmica per a la generació d'oxigen a chicoteta i mijana escala. La separació criogènica és més adequada per a majors volums de producció.

A alta pressió, la zeolita porosa adsorbe grans cantitats de nitrogen, per la seua gran superfície i característiques químiques. El concentrador d'oxigen comprimix l'aire i ho passa sobre la zeolita, lo que fa que la zeolita adsorba el nitrogen de l'aire. Després arreplega el gas restant, que és principalment oxigen, i el nitrogen es desorbe de la zeolita baix pressió reduïda per a ser ventilat a l'atmòsfera.

}

Un concentrador d'oxigen té un compressor d'aire, dos cilindres plens de pastilles de zeolita, un depòsit de compensació de pressió i algunes vàlvules i tubos. En el primer mig cicle, el primer cilindre rep aire del compressor, que dura uns 3 segons. Durant eixe temps, la pressió en el primer cilindre aumenta de l'atmosfèrica a aproximadament 2,5 voltes la pressió atmosfèrica normal (típicament 20 psi / 138 kPa manométricos, o 2,36 atmòsfera absolutes) i la zeolita se satura en nitrogen. Quan el primer cilindre aplega casi a l'oxigen pur (hi ha chicotetes cantitats de argón, CO ₂, vapor d'aigua, radón i atres components atmosfèrics menors) en el primer mig cicle, s'obri una vàlvula i el gas enriquit en oxigen fluïx cap a la pressió. depòsit de compensació, que es conecta a la mànega d'oxigen del pacient. Al final de la primera mitat del cicle, hi ha un atre canvi de posició de la vàlvula per a que l'aire del compressor es dirigixca al segon cilindre. La pressió en el primer cilindre cau a mida que l'oxigen enriquit es mou cap al depòsit, lo que permet que el nitrogen es desorbe de nou en gas. A mitat de la segona mitat del cicle, hi ha un atre canvi de posició de la vàlvula per a ventilar el gas en el primer cilindre de tornada a l'atmòsfera ambiental, evitant que la concentració d'oxigen en el depòsit de compensació de pressió caiga per baix d'aproximadament el 90%. La pressió en la mànega que suministra oxigen des del depòsit de compensació es manté estable per mig d'una vàlvula reductora de pressió.

Les unitats més antigues es ciclaron durant un periodo d'aproximadament 20 segons i varen suministrar fins a 5 litros per minut de 90 +% d'oxigen. Des d'aproximadament 1999, es troben disponibles unitats capaces de suministrar fins a 10 L / min.

Els concentradors d'oxigen clàssics utilisen tamisos moleculars llit doble; mentres que els concentradors més nous utilisen tamisos moleculars de llit múltiple. La ventaja de la tecnologia de llit múltiple és la major disponibilitat i redundància, ya que els tamisos moleculars de 10 L / min s'escalonen i es multipliquen en vàries plataformes. En açò, es poden produir més de 960 L / min. El temps d'acceleració (el temps transcorregut fins que un concentrador de llits múltiples produïx oxigen a una concentració> 90%) sol ser inferior a 2 minuts, molt més ràpit que els concentradors de dos llits simples. Esta és una gran ventaja en emergències mòvils. L'opció, per a omplir cilindres d'oxigen estàndar (per eixemple, 50 L a 200 bar = 10,000 L cada u) en amplificadors d'alta pressió, per a garantisar la conmutación per error automàtica als cilindres de reserva prèviament omplits i per a assegurar la cadena de suministrament d'oxigen, per eixemple, en cas de brot d'energia, és donat en eixos sistemes.

Separació de membranes

En la separació de gasos per membrana, les membranes actuen com una barrera permeable per mig de la qual els diferents composts es mouen a diferents velocitats o no creuen en absolut.