El helio es un elemento químico con el símbolo He y número atómico 2. Es un gas atmosférico poco común, incoloro, insípido, no tóxico, no inflamable y ligeramente soluble en agua. Su concentración en la atmósfera es de 5,24 x 10⁻⁴ % en volumen. Posee los puntos de ebullición y fusión más bajos de todos los elementos y existe únicamente 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, fibra óptica, criogenia, resonancia magnética e investigación de laboratorios de I+D.

La fuente fría de baja temperatura

El helio se utiliza como refrigerante criogénico para fuentes de refrigeración criogénica, como imágenes por resonancia magnética (IRM), espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN), aceleradores de partículas cuánticas superconductores, el gran colisionador de hadrones, interferómetros SQUID, resonancia de espín electrónico (ESR) y almacenamiento de energía magnética superconductora (SMES), generadores superconductores MHD, sensores superconductores, transmisión de energía, transporte por levitación magnética, espectrómetros de masas, imanes superconductores, separadores de campo magnético intenso, imanes superconductores de campo anular para reactores de fusión y otras investigaciones criogénicas. El helio enfría los materiales e imanes superconductores criogénicos hasta casi el cero absoluto, momento en el que la resistencia del superconductor cae repentinamente a cero. La muy baja resistencia de un superconductor crea un campo magnético más potente. En el caso de los equipos de IRM 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 que reaccione con otras sustancias. Además, el helio se vuelve superfluido por debajo de 2,2 Kelvin. Hasta ahora, esta excepcional ultramovilidad no se ha aprovechado 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 el helio 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 es en la tecnología de cohetes, donde el helio se utiliza como medio de pérdida para desplazar el combustible y el oxidante en los tanques de almacenamiento y condensar el hidrógeno y el oxígeno para producir combustible para cohetes. También podría utilizarse para eliminar el combustible y el oxidante del equipo 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 se utiliza para detectar fugas en sistemas que contienen líquidos y gases. Dado que el helio se difunde a través de sólidos tres veces más rápido que el aire, se utiliza como gas trazador para detectar fugas en equipos de alto vacío (como tanques criogénicos) y recipientes de 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 a través de 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 con un dispositivo portátil.

El helio se utiliza para la detección de fugas porque es la molécula más pequeña y monoatómica, por lo que se filtra fácilmente. 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 metalurgia

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

Una de las áreas de desarrollo más activas es la soldadura de acero inoxidable. El helio es un gas inerte, lo que significa que no experimenta reacciones químicas al entrar en contacto con otras sustancias. Esta característica es especialmente importante en los gases de protección para soldadura.

El helio también conduce bien el calor. Por eso se usa comúnmente en soldaduras donde se requiere un mayor aporte de calor para mejorar la humectabilidad de la soldadura. El helio también es útil para acelerar el proceso.

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 menos profunda durante la soldadura. Sin embargo, el helio no proporciona la limpieza que ofrece el argón.

Como resultado, 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 constituir entre el 25 % y el 75 % de la mezcla de helio/argón. Al ajustar la composición de la mezcla de gas protector, el soldador puede influir en la distribución del calor de la soldadura, lo que a su vez afecta la forma de la sección transversal del metal de soldadura 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 permite su uso como gas de protección en la soldadura por arco (para evitar la contaminación del aire con oxígeno). El helio también tiene otras aplicaciones importantes, 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 la sangre, evitando así el mal de buceo.

Volumen mundial de ventas de helio (2016-2027)

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

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 tiene una larga trayectoria y una posición inamovible en la industria.

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

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

El sector tiene una alta proporción de importaciones y exportaciones. Casi todos los países utilizan helio, pero solo unos pocos tienen reservas de este mineral.

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 sigan subiendo entre 2021 y 2026, pasando de 13,53 $/m³ (2020) a 19,09 $/m³ (2027).

El sector se ve afectado por factores económicos y políticos. 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, lo que incrementará la demanda de helio.

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 superará 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 afiliada a HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co., Ltd. HL Cryogenic Equipment se dedica al diseño y la fabricación de sistemas de tuberías criogénicas aisladas de alto vacío y equipos de soporte relacionados para satisfacer las diversas necesidades de los clientes. Las tuberías y mangueras flexibles aisladas al vacío están construidas con materiales aislantes especiales de alto vacío y multicapa, y se someten a una serie de tratamientos técnicos extremadamente rigurosos y a un tratamiento de alto vacío. Se utilizan para la transferencia de oxígeno líquido, nitrógeno líquido, argón líquido, hidrógeno líquido, helio líquido, gas etileno licuado (LEG) y gas natural licuado (GNL).

La gama 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 rigurosos, 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 de 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 cualificado de Linde, Air Liquide, Air Products (AP), Praxair, Messer, BOC, Iwatani y Hangzhou Oxygen Plant Group (Hangyang), entre otros.