O hélio é um elemento químico de símbolo He e número atômico 2. É um gás atmosférico raro, incolor, insípido, insípido, atóxico, não inflamável e apenas ligeiramente solúvel em água. A concentração de hélio na atmosfera é de 5,24 x 10-4 em porcentagem de volume. Possui os pontos de ebulição e fusão mais baixos de todos os elementos e existe apenas como gás, exceto em condições extremamente frias.

O hélio é transportado principalmente como hélio gasoso ou líquido e é usado em reatores nucleares, semicondutores, lasers, lâmpadas, supercondutividade, instrumentação, semicondutores e fibras ópticas, criogenia, ressonância magnética e pesquisas laboratoriais de P&D.

A Fonte Fria de Baixa Temperatura

O hélio é usado como um refrigerante criogênico para fontes de resfriamento criogênico, como ressonância magnética (MRI), espectroscopia de ressonância magnética nuclear (NMR), acelerador de partículas quânticas supercondutoras, o grande colisor de hádrons, interferômetro (SQUID), ressonância de spin eletrônico (ESR) e armazenamento de energia magnética supercondutora (SMES), geradores supercondutores MHD, sensor supercondutor, transmissão de energia, transporte maglev, espectrômetro de massa, ímã supercondutor, separadores de campo magnético forte, ímãs supercondutores de campo anular para reatores de fusão e outras pesquisas criogênicas. O hélio resfria materiais supercondutores criogênicos e ímãs a quase zero absoluto, ponto em que a resistência do supercondutor cai repentinamente para zero. A resistência muito baixa de um supercondutor cria um campo magnético mais poderoso. No caso de equipamentos de ressonância magnética usados ​​em hospitais, campos magnéticos mais fortes produzem mais detalhes em imagens radiográficas.

O hélio é usado como super refrigerante porque possui os pontos de fusão e ebulição mais baixos, não se solidifica à pressão atmosférica e a 0 K e é quimicamente inerte, tornando-o quase impossível de reagir com outras substâncias. Além disso, o hélio se torna superfluido abaixo de 2,2 Kelvin. Até o momento, sua ultramobilidade única não foi explorada em nenhuma aplicação industrial. Em temperaturas abaixo de 17 Kelvin, não há substituto para o hélio como refrigerante na fonte criogênica.

Aeronáutica e Astronáutica

O hélio também é usado em balões e dirigíveis. Como o hélio é mais leve que o ar, dirigíveis e balões são preenchidos com hélio. O hélio tem a vantagem de ser não inflamável, embora o hidrogênio seja mais flutuante e tenha uma menor taxa de escape da membrana. Outro uso secundário é na tecnologia de foguetes, onde o hélio é usado como meio de perda para deslocar combustível e oxidante em tanques de armazenamento e condensar hidrogênio e oxigênio para fazer combustível de foguete. Também poderia ser usado para remover combustível e oxidante de equipamentos de suporte em solo antes do lançamento e poderia pré-resfriar o hidrogênio líquido na espaçonave. No foguete Saturno V usado no programa Apollo, cerca de 370.000 metros cúbicos (13 milhões de pés cúbicos) de hélio foram necessários para o lançamento.

Detecção e análise de vazamentos em dutos

Outro uso industrial do hélio é a detecção de vazamentos. A detecção de vazamentos é usada para detectar vazamentos em sistemas que contêm líquidos e gases. Como o hélio se difunde através de sólidos três vezes mais rápido que o ar, ele é usado como gás traçador para detectar vazamentos em equipamentos de alto vácuo (como tanques criogênicos) e vasos de alta pressão. O objeto é colocado em uma câmara, que é então evacuada e preenchida com hélio. Mesmo em taxas de vazamento tão baixas quanto 10-9 mbar•L/s (10-10 Pa•m3/s), o hélio que escapa pelo vazamento pode ser detectado por um dispositivo sensível (um espectrômetro de massas de hélio). O procedimento de medição geralmente é automatizado e é chamado de teste de integração de hélio. Outro método mais simples é preencher o objeto em questão com hélio e procurar manualmente por vazamentos usando um dispositivo portátil.

O hélio é usado para detecção de vazamentos por ser a menor molécula e monoatômica, o que facilita o vazamento. O gás hélio é introduzido no objeto durante a detecção de vazamentos e, caso ocorra um vazamento, o espectrômetro de massas de hélio consegue detectar a localização do vazamento. O hélio pode ser usado para detectar vazamentos em foguetes, tanques de combustível, trocadores de calor, tubulações de gás, eletrônicos, tubos de televisão e outros componentes de fabricação. A detecção de vazamentos com hélio foi utilizada pela primeira vez durante o Projeto Manhattan para detectar vazamentos em usinas de enriquecimento de urânio. O hélio pode ser substituído por hidrogênio, nitrogênio ou uma mistura de hidrogênio e nitrogênio.

Soldagem e Metalurgia

O gás hélio é usado como gás de proteção na soldagem a arco e na soldagem a arco de plasma devido à sua maior energia potencial de ionização do que outros átomos. O gás hélio ao redor da solda impede a oxidação do metal no estado fundido. A alta energia potencial de ionização do hélio permite a soldagem a arco de plasma de metais diferentes usados ​​na construção civil, construção naval e aeroespacial, como titânio, zircônio, magnésio e ligas de alumínio. Embora o hélio no gás de proteção possa ser substituído por argônio ou hidrogênio, alguns materiais (como o titânio-hélio) não podem ser substituídos na soldagem a arco de plasma. Isso porque o hélio é o único gás seguro em altas temperaturas.

Uma das áreas de desenvolvimento mais ativas é a soldagem de aço inoxidável. O hélio é um gás inerte, o que significa que não sofre reações químicas quando exposto a outras substâncias. Essa característica é particularmente importante em gases de proteção para soldagem.

O hélio também conduz bem o calor. Por isso, é comumente usado em soldas que exigem maior aporte de calor para melhorar a molhabilidade da solda. O hélio também é útil para acelerar o processo.

O hélio é geralmente misturado com argônio em quantidades variáveis ​​na mistura de gases de proteção para aproveitar ao máximo as boas propriedades de ambos os gases. O hélio, por exemplo, atua como um gás de proteção para ajudar a proporcionar modos de penetração mais amplos e mais superficiais durante a soldagem. Mas o hélio não proporciona a limpeza que o argônio proporciona.

Como resultado, os fabricantes de metais frequentemente consideram a mistura de argônio com hélio como parte de seu processo de trabalho. Para soldagem a arco elétrico com proteção gasosa, o hélio pode representar de 25% a 75% da mistura gasosa de hélio/argônio. Ao ajustar a composição da mistura de gás de proteção, o soldador pode influenciar a distribuição de calor da solda, o que, por sua vez, afeta o formato da seção transversal do metal de solda e a velocidade de soldagem.

Indústria de Semicondutores Eletrônicos

Como gás inerte, o hélio é tão estável que dificilmente reage com outros elementos. Essa propriedade o torna usado como blindagem em soldagem a arco (para evitar a contaminação do oxigênio do ar). O hélio também tem outras aplicações críticas, como semicondutores e fabricação de fibras ópticas. Além disso, pode substituir o nitrogênio em mergulhos profundos, prevenindo a formação de bolhas de nitrogênio na corrente sanguínea, prevenindo assim o enjoo do mergulho.

Volume global de vendas de hélio (2016-2027)

O mercado global de hélio atingiu US$ 1.825,37 milhões em 2020 e deve atingir US$ 2.742,04 milhões em 2027, com uma taxa composta de crescimento anual (CAGR) de 5,65% (2021-2027). O setor enfrenta grande incerteza nos próximos anos. Os dados previstos para 2021-2027 neste artigo baseiam-se no desenvolvimento histórico dos últimos anos, nas opiniões de especialistas do setor e nas opiniões dos analistas presentes neste artigo.

A indústria do hélio é altamente concentrada, proveniente de recursos naturais, e conta com fabricantes globais limitados, principalmente nos Estados Unidos, Rússia, Catar e Argélia. No mundo, o setor de consumo concentra-se nos Estados Unidos, China e Europa, entre outros. Os Estados Unidos têm uma longa história e uma posição inabalável no setor.

Muitas empresas possuem diversas fábricas, mas geralmente não estão próximas de seus mercados-alvo. Consequentemente, o produto tem um alto custo de transporte.

Desde os primeiros cinco anos, a produção cresceu muito lentamente. O hélio é uma fonte de energia não renovável, e existem políticas em vigor nos países produtores para garantir seu uso contínuo. Alguns preveem que o hélio acabará no futuro.

O setor tem uma alta proporção de importações e exportações. Quase todos os países utilizam hélio, mas apenas alguns possuem reservas de hélio.

O hélio tem uma ampla gama de utilizações e estará disponível em cada vez mais áreas. Dada a escassez de recursos naturais, a demanda por hélio provavelmente aumentará no futuro, exigindo alternativas adequadas. Espera-se que os preços do hélio continuem subindo de 2021 a 2026, de US$ 13,53/m³ (2020) para US$ 19,09/m³ (2027).

O setor é afetado pela economia e pela política. À medida que a economia global se recupera e mais pessoas se preocupam com a melhoria dos padrões ambientais, especialmente em regiões subdesenvolvidas com grandes populações e rápido crescimento econômico, a demanda por hélio aumentará.

Atualmente, os principais fabricantes globais incluem Rasgas, Linde Group, Air Chemical, ExxonMobil, Air Liquide (Dz) e Gazprom (Ru), entre outros. Em 2020, a participação de vendas dos 6 maiores fabricantes ultrapassará 74%. Espera-se que a concorrência no setor se torne mais acirrada nos próximos anos.

Equipamento Criogênico HL

Devido à escassez de recursos de hélio líquido e ao aumento do preço, é importante reduzir a perda e a recuperação de hélio líquido em seu processo de uso e transporte.

Fundada em 1992, a HL Cryogenic Equipment é uma marca afiliada à HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co., Ltd. A HL Cryogenic Equipment dedica-se ao projeto e à fabricação de sistemas de tubulação criogênica com isolamento de alto vácuo e equipamentos de suporte relacionados, para atender às diversas necessidades dos clientes. Os tubos e mangueiras flexíveis com isolamento a vácuo são fabricados em materiais isolantes especiais de alto vácuo e multicamadas, e passam por uma série de tratamentos técnicos extremamente rigorosos, incluindo o tratamento de alto vácuo, sendo utilizados para a transferência de oxigênio líquido, nitrogênio líquido, argônio líquido, hidrogênio líquido, hélio líquido, gás etileno liquefeito (LEG) e gás natural liquefeito (GNL).

A série de produtos de tubos com camisa a vácuo, mangueiras com camisa a vácuo, válvulas com camisa a vácuo e separadores de fases da HL Cryogenic Equipment Company, que passaram por uma série de tratamentos técnicos extremamente rigorosos, são usados ​​para transferência de oxigênio líquido, nitrogênio líquido, argônio líquido, hidrogênio líquido, hélio líquido, LEG e GNL, e esses produtos são usados ​​em equipamentos criogênicos (por exemplo, tanques criogênicos, tanques dewar e caixas frias etc.) em indústrias de separação de ar, gases, aviação, eletrônicos, supercondutores, chips, montagem de automação, alimentos e bebidas, farmácia, hospital, biobanco, borracha, fabricação de novos materiais, engenharia química, ferro e aço e pesquisa científica etc.

A HL Cryogenic Equipment Company se tornou fornecedora qualificada da Linde, Air Liquide, Air Products (AP), Praxair, Messer, BOC, Iwatani e Hangzhou Oxygen Plant Group (Hangyang), etc.