El helio es un elemento químico de 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 x 10⁻¹ en volumen. Tiene los puntos de ebullición y fusión más bajos de todos los elementos y existe únicamente en forma de gas, excepto en condiciones de frío extremo.

El helio se transporta principalmente en forma gaseosa o líquida y se utiliza en reactores nucleares, semiconductores, láseres, bombillas, superconductividad, instrumentación, semiconductores y fibra óptica, criogenia, resonancia magnética e investigación de laboratorio de I+D.

La fuente de frío de baja temperatura

El helio se utiliza como refrigerante criogénico para fuentes de enfriamiento criogénico, como la resonancia magnética (MRI), la espectroscopia de resonancia magnética nuclear (NMR), el acelerador cuántico de partículas superconductor, el gran colisionador de hadrones, el interferómetro (SQUID), la resonancia de espín electrónico (ESR) y el almacenamiento de energía magnética superconductor (SMES), los generadores superconductores MHD, el sensor superconductor, la transmisión de energía, el transporte de levitación magnética, el espectrómetro de masas, el imán superconductor, los separadores de campo magnético fuerte, los 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 cual la resistencia del superconductor cae repentinamente a cero. La resistencia muy baja de un superconductor crea un campo magnético más potente. En el caso de los equipos de MRI utilizados en hospitales, los campos magnéticos más fuertes producen más detalles en las imágenes radiográficas.

El helio se utiliza como superrefrigerante porque tiene los puntos de fusión y ebullición más bajos, no solidifica a presión atmosférica ni a 0 K, y es químicamente inerte, lo que hace casi imposible que reaccione con otras sustancias. Además, el helio se vuelve superfluido por debajo de los 2,2 K. Hasta la fecha, su excepcional ultramovilidad no se ha aprovechado en ninguna aplicación industrial. A temperaturas inferiores a 17 K, no existe sustituto para el helio como refrigerante en la fuente criogénica.

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 de helio. El helio tiene la ventaja de no ser inflamable, aunque el hidrógeno es más flotante 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 usarse para eliminar el combustible y el oxidante del equipo de soporte terrestre 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 unos 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. Este método se utiliza para detectar fugas en sistemas que contienen líquidos y gases. Dado que el helio se difunde a través de los 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 vacía 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 fugas manualmente con un dispositivo portátil.

El helio se utiliza para la detección de fugas debido a su molécula más pequeña y monoatómica, lo que facilita las fugas. Durante la detección de fugas, se introduce helio en el objeto y, si se produce una, el espectrómetro de masas de helio podrá detectar su ubicación. El helio puede utilizarse para detectar fugas en cohetes, tanques de combustible, intercambiadores de calor, líneas 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 puede sustituirse 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 que el metal se oxide en estado fundido. Su alta energía potencial de ionización permite la soldadura por plasma con metales diferentes utilizados en la construcción, la industria naval y la industria aeroespacial, como el titanio, el circonio, el magnesio y las aleaciones de aluminio. Si bien el helio del gas de protección puede sustituirse por argón o hidrógeno, algunos materiales (como el helio titanio) no pueden sustituirse en la soldadura por plasma, ya que el helio es el único gas seguro a altas temperaturas.

Una de las áreas de mayor desarrollo es la soldadura de acero inoxidable. El helio es un gas inerte, lo que significa que no experimenta reacciones químicas al exponerse a 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 humectabilidad de la soldadura. El helio también es útil para acelerar la soldadura.

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

Como resultado, los fabricantes de metales suelen considerar la mezcla de argón y helio como parte de su proceso de trabajo. Para la soldadura por arco metálico con protección de gas, el helio puede constituir 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 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 lo hace utilizado como protección en la soldadura por arco (para evitar la contaminación del aire por oxígeno). El helio también tiene otras aplicaciones críticas, como 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, previniendo así el mareo por inmersión.

Volumen de ventas globales de helio (2016-2027)

El mercado mundial del helio alcanzó los 1825,37 millones de dólares estadounidenses en 2020 y se prevé que alcance los 2742,04 millones de dólares estadounidenses en 2027, con una tasa de crecimiento anual compuesta (TCAC) del 5,65 % (2021-2027). La industria enfrenta una gran incertidumbre en los próximos años. Los datos de pronóstico para el período 2021-2027 que se presentan en este informe se basan en el desarrollo histórico de los últimos años, las opiniones de expertos de la industria y las de los analistas.

La industria del helio está altamente concentrada, se obtiene de recursos naturales y cuenta con pocos fabricantes globales, principalmente en Estados Unidos, Rusia, Catar y Argelia. A nivel mundial, el sector de consumo se concentra en Estados Unidos, China, Europa, etc. Estados Unidos cuenta con una larga trayectoria y una posición sólida en la industria.

Muchas empresas tienen varias fábricas, pero estas no suelen estar cerca de sus mercados 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 existen políticas en los países productores para garantizar su uso continuo. 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.

El helio tiene una amplia gama de usos y estará disponible en cada vez más campos. 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 aumentando entre 2021 y 2026, 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, cada vez más personas se preocupan por mejorar las normas ambientales, especialmente en regiones subdesarrolladas con grandes poblaciones y rápido crecimiento económico, por lo que la demanda de helio aumentará.

Actualmente, entre los principales fabricantes mundiales se encuentran Rasgas, Linde Group, Air Chemical, ExxonMobil, Air Liquide (Dz) y Gazprom (Rusia), entre otros. En 2020, la cuota de ventas de los 6 principales fabricantes superará el 74 %. Se prevé que la competencia en el sector se intensificará en los próximos años.

Equipo criogénico HL

Debido a la escasez de recursos de helio líquido y al aumento de su precio, es importante reducir la pérdida y recuperación de helio líquido en su proceso de 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 con aislamiento de alto vacío y sus equipos de soporte para satisfacer las diversas necesidades de los clientes. Las tuberías y mangueras flexibles con aislamiento de alto vacío se fabrican con materiales aislantes especiales multicapa y multipantalla de alto vacío, y se someten a rigurosos tratamientos técnicos y 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).

Las series de productos de tubos con camisa de vacío, mangueras con camisa de vacío, válvulas con camisa de vacío y separadores de fases de HL Cryogenic Equipment Company, que pasaron por una serie de tratamientos técnicos extremadamente estrictos, se utilizan para transferir 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, ingeniería química de fabricación de nuevos materiales, hierro y acero e investigación científica, etc.

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