Oxígeno medicinal e industrial: la gran demanda ante el COVID-19

Por Francisco Tarazona Vasquez

Director interino de Ing. Química - UTEC

La reciente pandemia de COVID-19 ha resultado en un incremento de entre 5 a 10 veces la demanda típica de oxígeno medicinal en el mundo [1]. Esta mayor demanda en el Perú se reporta en alrededor de 173 toneladas al día [2]. En esta nota, conocerás más sobre el oxígeno medicinal e industrial.

¿Qué es el oxígeno medicinal? ¿Cómo se le obtiene?

Oxígeno medicinal es el nombre que recibe una mezcla de gases que tiene un porcentaje de oxígeno típicamente igual o superior a 93% y es ampliamente recetado a pacientes ventilados mecánicamente en unidades de cuidados intensivos [3]. El estándar conocido como Oxygen 93 percent, contiene no menos de 90% ni más de 96% de oxígeno, y el resto de nitrógeno y argón y además no contiene más de 0.03% de CO₂ ni más de 0.001% de CO [4]. Esta mezcla se puede obtener típicamente en plantas de oxígeno con capacidades que varían desde la pequeña (pocos litros por minuto) a la gran escala (120 toneladas por día) y que operan con sistemas de tamices moleculares de tecnología PSA (adsorción con cambio de presión, por sus siglas en inglés). En ellos se somete el aire del medio ambiente a etapas de filtración y compresión antes de pasarlo a través de un lecho de zeolita 5A, material que, dependiendo de la presión y temperatura, retiene más nitrógeno que oxígeno, resultando así un aire con mayor proporción de oxígeno.

El oxígeno medicinal ha de almacenarse en cilindros y/o tanques de baja presión, que no deben haber sido tratados con ningún compuesto tóxico o irritante para el sistema respiratorio de los pacientes usuarios [4].

¿Qué es el oxígeno industrial y cómo se produce?

El oxígeno industrial tiene, en principio, los mismos componentes que el oxígeno medicinal, dado que, en la manufactura de ambas, se procesa la misma materia prima: aire. Sin embargo, para los usos señalados por la norma técnica peruana NTP 311.113:1978, el porcentaje de oxígeno en él debe ser igual o superior a 99.5%.

Se suele producir mediante plantas de oxígeno que operan unidades de separación de aire (ASU, air separation units) mediante destilación a muy bajas temperaturas. El aire se somete a etapas de remoción de impurezas, compresión, expansión y enfriamiento a fin de alcanzar temperaturas lo suficientemente bajas como para que el nitrógeno (P. eb = -195.8°C) pueda separarse como vapor y el oxígeno (P. eb = -183°C) como líquido en una columna de destilación criogénica. El nitrógeno es típicamente purgado, mientras que el oxígeno líquido producido se almacena y se le gasifica nuevamente, según sea necesario. Estos procesos pueden ser diseñados y optimizados por computador, como se aprecia en la figura 1.

¿Cómo puedo estar seguro que un cilindro tiene oxígeno y en el porcentaje que debe tener?

La presencia de oxígeno en una muestra gaseosa se puede reconocer debido al cambio de color de una solución acuosa alcalina de pirogalol de incoloro a marrón, al burbujear dicha muestra en ella debido a la reacción entre oxígeno y pirogalol. Este mismo principio, se puede usar para determinar el porcentaje de oxígeno en un volumen de muestra gaseosa [5], aunque hoy se emplea métodos analíticos más seguros como el que se basa en la oxidación de cobre en soluciones de cloruro de amonio amoniacal [4,6]. El uso de sensores electroquímicos [7] también es posible, si se hallan adecuadamente calibrados y su señal eléctrica compensada ante cambios en la temperatura del gas.

Precauciones de seguridad

El oxígeno es un gas comburente, es decir facilita la combustión de materiales inflamables. Por tanto, se debe extremar precauciones ante posibles fugas del mismo y debe usarse equipo de protección adecuado para lidiar con ellas. Una buena práctica consiste evitar la cercanía de todo tipo de material inflamable, fuentes de ignición y luz solar directa. Asimismo, los cilindros deben estar asegurados apropiadamente para evitar que sean derribados, y la válvula reguladora de presión protegida de impactos.

Referencias

[1] A. Scott. “How industrial gas firms are meeting demand for medical oxygen for COVID-19 patients.” cen.acs.org.

https://cen.acs.org/business/inorganic-chemicals/industrial-gas-firms-meeting-demand/98/i15 (accessed June 8, 2020).

[2] The Associated Press, “Peru Is Running Out of Oxygen for COVID-19 Patients.” nytimes.com

https://www.nytimes.com/aponline/2020/06/05/world/americas/ap-lt-virus-outbreak-peru-oxygen.html (accessed June 8, 2020).

[3] S. Suzuki, G. Eastwood, N.  Glassford, L. Peck, H. Young, M. Garcia-Alvarez, A. Schneider, R. Bellomo, “Conservative Oxygen Therapy in Mechanically Ventilated Patients,” Critical Care Medicine, vol. 42, no. 6, pp. 1414-1422. 2014.

[4] U.S. Pharmacopeia. http://ftp.uspbpep.com/v29240/usp29nf24s0_m59560.html (accessed June 8, 2020).

[5] L. A. Munro, “A modification of the pyrogallol method for determining the amount of oxygen in the air,” J. Chem. Educ., vol. 5, no. 6, pp. 741. 1928.

[6] W. L. Badger, “The Determination of Oxygen by the Copper-Ammonia Ammonium Chloride Reagent,” Ind. Eng. Chem., vol. 12, no. 2, pp. 161–164. 1920.

[7] N. Akmal, J. Lauer, "Electrochemical Oxygen Sensors: Principles and Applications,” in Polymers and Sensors. ACS Symposium Series, Vol. 690, 1998, ch. 13, pp. 149-160.

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