El helio es un elemento químico con el símbolo He y número atómico 2. Es un gas atmosférico raro, incoloro, insípido, no tóxico, no inflamable y poco soluble en agua. Su concentración en la atmósfera es de 5,24 × 10⁻⁴ % en volumen. Posee los puntos de ebullición y fusión más bajos de todos los elementos y solo existe en estado gaseoso, excepto en condiciones de frío extremo.

El helio se transporta principalmente en estado gaseoso o líquido y se utiliza en reactores nucleares, semiconductores, láseres, bombillas, superconductividad, instrumentación, semiconductores y fibra óptica, criogenia, resonancia magnética y laboratorios de I+D.

La fuente fría de baja temperatura

El helio se utiliza como refrigerante criogénico en diversas aplicaciones criogénicas, como la resonancia magnética nuclear (RMN), la espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN), los aceleradores de partículas cuánticas superconductores (SQIP), el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), los interferómetros SQUID, la resonancia de espín electrónico (ESR), el almacenamiento de energía magnética superconductora (SMES), los generadores superconductores magnetohidrodinámicos (MHD), los sensores superconductores, la transmisión de energía, el transporte por levitación magnética (maglev), los espectrómetros de masas, los imanes superconductores, los separadores de campos magnéticos intensos, los imanes superconductores de campo anular para reactores de fusión y otras investigaciones criogénicas. El helio enfría los materiales superconductores y los imanes criogénicos a temperaturas cercanas al cero absoluto, punto en el que la resistencia del superconductor cae repentinamente a cero. La bajísima resistencia de un superconductor genera un campo magnético más potente. En el caso de los equipos de RMN utilizados en hospitales, los campos magnéticos más intensos producen imágenes radiográficas con mayor detalle.

El helio se utiliza como superrefrigerante debido a que posee los puntos de fusión y ebullición más bajos, no se solidifica a presión atmosférica ni a 0 K, y es químicamente inerte, lo que hace prácticamente imposible su reacción con otras sustancias. Además, el helio se convierte en superfluido por debajo de 2,2 Kelvin. Hasta ahora, esta excepcional ultrafluidez no se ha explotado en ninguna aplicación industrial. A temperaturas inferiores a 17 Kelvin, no existe sustituto para el helio como refrigerante en fuentes criogénicas.

Aeronáutica y Astronáutica

El helio también se utiliza en globos y dirigibles. Debido a que es más ligero que el aire, los dirigibles y globos se llenan con helio. El helio tiene la ventaja de ser ininflamable, aunque el hidrógeno es más ligero y tiene una menor tasa de escape de la membrana. Otro uso secundario se encuentra en la tecnología de cohetes, donde el helio se utiliza como fluido de arrastre para desplazar el combustible y el oxidante en los tanques de almacenamiento y condensar hidrógeno y oxígeno para producir combustible para cohetes. También podría utilizarse para eliminar el combustible y el oxidante de los equipos de apoyo en tierra antes del lanzamiento, y podría preenfriar el hidrógeno líquido en la nave espacial. En el cohete Saturno V, utilizado en el programa Apolo, se necesitaron aproximadamente 370 000 metros cúbicos (13 millones de pies cúbicos) de helio para el lanzamiento.

Detección y análisis de fugas en tuberías

Otro uso industrial del helio es la detección de fugas. Esta técnica se utiliza para detectar fugas en sistemas que contienen líquidos y gases. Debido a que el helio se difunde a través de los sólidos tres veces más rápido que el aire, se emplea como gas trazador para detectar fugas en equipos de alto vacío (como tanques criogénicos) y recipientes a alta presión. El objeto se coloca en una cámara, que luego se evacua y se llena con helio. Incluso con tasas de fuga tan bajas como 10⁻⁹ mbar·L/s (10⁻¹⁰ Pa·m³/s), el helio que escapa por la fuga puede detectarse mediante un dispositivo sensible (un espectrómetro de masas de helio). El procedimiento de medición suele estar automatizado y se denomina prueba de integración de helio. Otro método, más sencillo, consiste en llenar el objeto en cuestión con helio y buscar manualmente las fugas utilizando un dispositivo portátil.

El helio se utiliza para la detección de fugas debido a que es la molécula más pequeña y monoatómica, por lo que se fuga con facilidad. Durante la detección, se introduce gas helio en el objeto y, si se produce una fuga, el espectrómetro de masas de helio podrá detectar su ubicación. El helio se puede utilizar para detectar fugas en cohetes, tanques de combustible, intercambiadores de calor, tuberías de gas, componentes electrónicos, tubos de televisión y otros componentes de fabricación. La detección de fugas con helio se utilizó por primera vez durante el Proyecto Manhattan para detectar fugas en plantas de enriquecimiento de uranio. El helio para la detección de fugas se puede sustituir por hidrógeno, nitrógeno o una mezcla de ambos.

Soldadura y trabajo de metales

El helio se utiliza como gas protector en la soldadura por arco y la soldadura por plasma debido a su mayor energía potencial de ionización que la de otros átomos. El helio alrededor de la soldadura evita la oxidación del metal en estado fundido. Su alta energía potencial de ionización permite la soldadura por plasma de metales disímiles empleados en la construcción, la industria naval y la aeroespacial, como el titanio, el circonio, el magnesio y las aleaciones de aluminio. Si bien el helio en el gas protector puede sustituirse por argón o hidrógeno, algunos materiales (como el titanio-helio) no pueden reemplazarse en la soldadura por plasma, ya que el helio es el único gas seguro a altas temperaturas.

Uno de los ámbitos de desarrollo más activos es la soldadura de acero inoxidable. El helio es un gas inerte, lo que significa que no reacciona químicamente al entrar en contacto con otras sustancias. Esta característica es especialmente importante en los gases de protección para soldadura.

El helio también es un buen conductor del calor. Por eso se usa comúnmente en soldaduras donde se requiere un mayor aporte de calor para mejorar la mojabilidad de la soldadura. El helio también es útil para acelerar procesos.

El helio se suele mezclar con argón en proporciones variables en la mezcla de gases protectores para aprovechar al máximo las propiedades de ambos. El helio, por ejemplo, actúa como gas protector, facilitando una penetración más amplia y superficial durante la soldadura. Sin embargo, el helio no proporciona la misma limpieza que el argón.

En consecuencia, los fabricantes de metales suelen considerar la mezcla de argón con helio como parte de su proceso de trabajo. En la soldadura por arco metálico con protección gaseosa, el helio puede representar entre el 25 % y el 75 % de la mezcla de gases en la mezcla de helio/argón. Al ajustar la composición de la mezcla de gases protectores, el soldador puede influir en la distribución del calor en la soldadura, lo que a su vez afecta la forma de la sección transversal del metal soldado y la velocidad de soldadura.

Industria de semiconductores electrónicos

Como gas inerte, el helio es tan estable que apenas reacciona con otros elementos. Esta propiedad hace que se utilice como gas de protección en la soldadura por arco (para evitar la contaminación del aire con oxígeno). El helio también tiene otras aplicaciones cruciales, como en la fabricación de semiconductores y fibra óptica. Además, puede sustituir al nitrógeno en el buceo profundo para prevenir la formación de burbujas de nitrógeno en el torrente sanguíneo, evitando así el mal de buceo.

Volumen de ventas mundiales de helio (2016-2027)

El mercado mundial del helio alcanzó los 1825,37 millones de dólares en 2020 y se prevé que alcance los 2742,04 millones de dólares en 2027, con una tasa de crecimiento anual compuesto (TCAC) del 5,65 % (2021-2027). El sector presenta una gran incertidumbre en los próximos años. Los datos de previsión para el período 2021-2027 que se presentan en este documento se basan en la evolución histórica de los últimos años, las opiniones de expertos del sector y las opiniones de los analistas incluidos en este trabajo.

La industria del helio está altamente concentrada, se abastece de recursos naturales y cuenta con un número limitado de fabricantes a nivel mundial, principalmente en Estados Unidos, Rusia, Qatar y Argelia. A nivel mundial, el sector de consumo se concentra en Estados Unidos, China y Europa, entre otros. Estados Unidos posee una larga trayectoria y una posición indiscutible en la industria.

Muchas empresas tienen varias fábricas, pero normalmente no están cerca de sus mercados de consumo objetivo. Por lo tanto, el producto tiene un alto coste de transporte.

Desde los primeros cinco años, la producción ha crecido muy lentamente. El helio es una fuente de energía no renovable, y en los países productores existen políticas para garantizar su uso continuado. Algunos predicen que el helio se agotará en el futuro.

La industria tiene una alta proporción de importaciones y exportaciones. Casi todos los países utilizan helio, pero solo unos pocos tienen reservas de helio.

El helio tiene una amplia gama de usos y estará disponible en cada vez más sectores. Dada la escasez de recursos naturales, es probable que la demanda de helio aumente en el futuro, lo que requerirá alternativas adecuadas. Se prevé que los precios del helio continúen subiendo entre 2021 y 2026, pasando de 13,53 $/m³ (2020) a 19,09 $/m³ (2027).

La industria se ve afectada por la economía y las políticas. A medida que la economía mundial se recupera, aumenta la preocupación por mejorar los estándares ambientales, especialmente en regiones subdesarrolladas con grandes poblaciones y rápido crecimiento económico; por lo tanto, la demanda de helio crecerá.

Actualmente, entre los principales fabricantes mundiales se encuentran Rasgas, Linde Group, Air Chemical, ExxonMobil, Air Liquide (Dz) y Gazprom (Ru), entre otros. En 2020, la cuota de mercado de los seis principales fabricantes superó el 74 %. Se prevé que la competencia en el sector se intensifique en los próximos años.

Equipos criogénicos HL

Debido a la escasez de recursos de helio líquido y al aumento de su precio, es importante reducir las pérdidas y recuperar el helio líquido durante su uso y transporte.

HL Cryogenic Equipment, fundada en 1992, es una marca perteneciente a HL Cryogenic Equipment Company Co., Ltd. HL Cryogenic Equipment se dedica al diseño y fabricación de sistemas de tuberías criogénicas con aislamiento de alto vacío y equipos auxiliares relacionados para satisfacer las diversas necesidades de sus clientes. Las tuberías y mangueras flexibles con aislamiento de vacío se fabrican con materiales aislantes especiales multicapa y de múltiples capas, sometidos a un proceso de alto vacío y a tratamientos técnicos y de alto vacío extremadamente rigurosos. Se utilizan para la transferencia de oxígeno líquido, nitrógeno líquido, argón líquido, hidrógeno líquido, helio líquido, etileno licuado (LEG) y gas natural licuado (GNL).

La serie de productos de tuberías con camisa de vacío, mangueras con camisa de vacío, válvulas con camisa de vacío y separadores de fases de HL Cryogenic Equipment Company, que han pasado por una serie de tratamientos técnicos extremadamente estrictos, se utilizan para la transferencia de oxígeno líquido, nitrógeno líquido, argón líquido, hidrógeno líquido, helio líquido, LEG y GNL, y estos productos se utilizan para equipos criogénicos (por ejemplo, tanques criogénicos, dewars y cajas frías, etc.) en industrias como la separación de aire, gases, aviación, electrónica, superconductores, chips, ensamblaje de automatización, alimentos y bebidas, farmacia, hospitales, biobancos, caucho, fabricación de nuevos materiales, ingeniería química, hierro y acero, e investigación científica, etc.

HL Cryogenic Equipment Company se ha convertido en proveedor/vendedor calificado de Linde, Air Liquide, Air Products (AP), Praxair, Messer, BOC, Iwatani y Hangzhou Oxygen Plant Group (Hangyang), etc.