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Generación de nitrógeno in situ con tecnología de hidrógeno

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La solución completa reduce los costos de energía

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El fabricante de electrónica VTQ Videotronik produce componentes electrónicos y dispositivos electrónicos completos. El núcleo de la producción consiste en varios sistemas de soldadura. Éstos se llenan de nitrógeno (N2) para evitar la oxidación de las placas de circuito. En el curso de las medidas de modernización de la producción, también se optimizó la generación de nitrógeno in situ. Además de dos generadores INMATEC, un catalizador de hidrógeno adicional proporciona ahora nitrógeno de alta pureza. Mediante el uso del sistema NKat, se logró una reducción significativa del consumo de aire comprimido y de los costos de energía.

VTQ Videotronik fabrica montajes y dispositivos electrónicos para los clientes. La empresa también desarrolla y produce sus propios productos finales en el sector de la video-audio-radio. La atención se centra en la alta calidad, por lo que la producción se ha modernizado y ampliado recientemente. En las modernas naves de fabricación, que en parte se encuentran en un nuevo complejo de edificios, hay varios sistemas de soldadura por reflujo y por ola en los que se fabrican los componentes electrónicos. En los sistemas de soldadura se conectan varias piezas entre sí como parte de los procesos térmicos. Para ello se utiliza una soldadura líquida (estaño) para unir los materiales. Sin embargo, el contacto con el oxígeno durante la soldadura puede reducir drásticamente la calidad de las uniones de soldadura. Para evitar la oxidación, VTQ Videotronik utiliza nitrógeno en todos los procesos de soldadura.

VTQ utiliza cuatro sistemas de soldadura de reflujo para soldar dispositivos de montaje en superficie (SMD). Primero se aplica una pasta de soldadura a la placa de circuito y luego se equipa con los componentes SMD. La placa de circuito ensamblada se calienta en el horno de reflujo con aire caliente que sale por las boquillas. El estaño contenido en la pasta de soldadura se funde y asegura una conexión permanente y firme de los componentes SMD con la placa. Un error común de soldadura que puede surgir del contacto con el oxígeno durante la soldadura de reflujo es la formación de óxidos de estaño. Para evitar esto, se añade nitrógeno al flujo de aire en los sistemas de soldadura de reflujo de la empresa. De esta manera se pueden evitar las extensas reparaciones y retoques (por ejemplo, de los bigotes, que pueden provocar cortocircuitos en la placa de circuito) de la placa de circuito y se puede garantizar una calidad óptima.

Para soldar los componentes cableados como los conectores y las bobinas de energía en las placas de circuito, VTQ utiliza el método de soldadura por ola o soldadura selectiva. Hasta hace poco, los sistemas de soldadura de onda abierta se usaban para el ensamblaje de THT (Through the Hole). Incluso el uso del llamado capuchón, bajo el cual se soplaba nitrógeno en las uniones de soldadura, no podía eliminar completamente el contacto de la soldadura líquida con el oxígeno. La formación de escoria y el post-procesamiento de las placas de circuito eran a menudo el resultado. Como parte de la modernización, se compró un sistema de soldadura por ondas de túnel de N2 y dos sistemas de soldadura selectiva. En el sistema de túnel, todo el proceso, desde la aplicación del fundente en el fundidor hasta el precalentamiento en la sección de precalentamiento y la soldadura en la sección de soldadura por ola, tiene lugar bajo una atmósfera de gas protector con nitrógeno. En los nuevos sistemas de soldadura por ola y de soldadura selectiva se pueden alcanzar valores de oxígeno residual en el rango de 100 y 10 ppm. Especialmente trabajando bajo una atmósfera de nitrógeno, las conexiones de soldadura también podrían ser optimizadas aquí. Además, se pueden ahorrar en gran medida recursos valiosos como el estaño.

En VTQ Videotronik, el nitrógeno necesario se genera in situ en la cantidad y pureza requeridas. La compañía ha estado usando generadores de nitrógeno de INMATEC para este propósito desde la introducción de la directiva RoHS y el uso de soldaduras sin plomo. Mientras tanto, se han instalado dos nuevos generadores PN 2250 en una sala técnica. Con la ayuda de la tecnología de Adsorción por Oscilación de Presión, producen nitrógeno in situ. Para ello, el aire ambiente se introduce en un bloque de válvulas con la presión necesaria mediante un compresor de aire. Esto asegura automáticamente que el aire comprimido se alimente alternativamente en dos contenedores de adsorción llenos de un tamiz molecular de carbono. Estos alternan entre el modo de filtro y el modo de regeneración. En un recipiente, las moléculas de oxígeno y dióxido de carbono del aire ambiente se adsorben en el tamiz, mientras que el tamiz del segundo recipiente se regenera con el alivio de la presión. El nitrógeno así obtenido se introduce en un contenedor de producto. El oxígeno adsorbido es conducido al exterior a través de un tubo de aire de escape. Cada uno de los generadores de nitrógeno PN 2250 produce hasta 73 m3 de nitrógeno por hora con una pureza del 99,9% (3,0 / 1000 ppm de oxígeno residual).

El ahora configurado catalizador de hidrógeno NKat 060 de Inmatec asegura que el nitrógeno generado de calidad 3.0 se enriquezca con pequeñas cantidades de hidrógeno y por lo tanto se limpie hasta una calidad de 5.0. En el catalizador, el hidrógeno reacciona con el oxígeno residual del nitrógeno. La innovación técnica permite producir una mayor cantidad de nitrógeno de alta pureza, especialmente para la producción de THT, con compresores de aire más pequeños y de menor consumo energético. De esta manera, cuatro compresores modernos, junto con los generadores de nitrógeno INMATEC, producen de manera flexible hasta 100 m3 de nitrógeno por hora. Estos son necesarios cuando la planta está operando a plena carga. Con la ayuda de una electrónica de control de nivel superior, la cantidad de aire comprimido necesario se adapta y optimiza a los requisitos de la producción. Dado que VTQ Videotronik realiza trabajos por encargo para 200 clientes diferentes, la utilización de la producción puede variar considerablemente en función de los tamaños de los lotes solicitados. La proporción de tiempos de preparación para la producción de cantidades más pequeñas es comparativamente alta. Durante este tiempo no se requiere nitrógeno. Por el contrario, en la producción de grandes lotes, la producción se desarrolla sin interrupción y una gran cantidad de nitrógeno debe estar disponible continuamente. Combinando las diversas medidas técnicas se podría aumentar la eficiencia y lograr un importante ahorro de energía.

"Hemos estado usando los generadores de nitrógeno del INMATEC desde 2005. La producción flexible de nitrógeno en el sitio y la independencia asociada nos convenció. Gracias al uso de innovadores generadores de nitrógeno combinados con la tecnología de hidrógeno NKat de INMATEC, los compresores de bajo consumo y la electrónica de control de alto nivel, ahora podemos lograr un ahorro de electricidad de 15.000 a 20.000 kW o de 3.000 a 4.000 euros al mes. El nitrógeno autogenerado permite prevenir eficazmente la oxidación, reducir el consumo de soldadura, hacer mejores conexiones de soldadura y mejorar la calidad del producto", dice Mario Sabbarth, Director de Producción de VTQ Videotronik GmbH.

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