analizadores de gases

TEMA 2.1.5 ESPECIFICACIÓN DE ANALIZADORES

Pág. 1 de 24

2.- Sistemas de Analizadores 2.1.- Conceptos del Sistema

2.1.5.- Especificación de analizadores

Contenido

1 Especificación de analizadores.................................................................................................... 2 1.1 Conceptos generales ................................................................................................................... 2 1.2 Información al vendedor............................................................................................................... 2 1.2.1 Condiciones de la muestra........................................................................................................... 3 1.3 Prestaciones ................................................................................................................................ 3 1.3.1 Exactitud ...................................................................................................................................... 3 1.3.2 Precisión ...................................................................................................................................... 4 1.3.3 Repetibilidad ................................................................................................................................ 4 1.3.4 Exactitud versus Precisión ........................................................................................................... 4 1.3.5 Conceptos estadísticos aplicables a la precisión ......................................................................... 5 1.3.6 Reproducibilidad .......................................................................................................................... 6 1.3.7 Correlación con laboratorio .......................................................................................................... 7 1.3.8 Sensibilidad.................................................................................................................................. 7 1.3.9 Linealidad..................................................................................................................................... 7 1.3.10 Ruido............................................................................................................................................ 8 1.3.11 Tiempo de respuesta ................................................................................................................... 8 1.3.12 Tiempo de ciclo............................................................................................................................ 8 1.3.13 Deriva de cero.............................................................................................................................. 8 1.3.14 Deriva de span............................................................................................................................. 9 1.3.15 Influencia de parámetros ambientales ......................................................................................... 9 1.3.16 Influencia de las condiciones físicas de la muestra ..................................................................... 9 1.3.17 Composición de la muestra.......................................................................................................... 9 1.3.18 Rango de medida......................................................................................................................... 9

2 Ejemplos de especificaciones .................................................................................................... 11 2.1 Especificaciones tabulares......................................................................................................... 11 2.2 Especificaciones personales...................................................................................................... 16 2.2.1 Especificación general ............................................................................................................... 16 2.2.2 Especificación individual. Analizador de Gas de Cola................................................................ 18 2.2.3 Especificación individual Analizador de azufre total................................................................... 19

3 Bibliografía, referencias y notas................................................................................................. 24


Pág. 2 de 24

1 Especificación de analizadores

1.1 Conceptos generales

En cualquier proyecto de analizadores es evidente que una de las actividades básicas es adquirir los propios analizadores.

Para ello lo primero que hay que hacer es preparar especificaciones de los mismos, a fin de que los vendedores puedan conocer y entender todos los requisitos y ofertar el analizador correcto para la aplicación analítica requerida.

Hay que tener en cuenta que ningún fabricante va a diseñar y fabricar un analizador para que cumpla unas especificaciones “imposibles”. Ofertará el equipo que más se aproxime a lo solicitado y, honestamente, indicará los puntos discrepantes. Además, el estado actual de la técnica hace innecesario incluir en las especificaciones algunos detalles que hace unos años eran importantes. Por ejemplo, solicitar que un cromatógrafo tenga un programador incorporado o que ese programador esté basado en microprocesador, etc. etc.

1.2 Información al vendedor

Las relaciones entre comprador y vendedor de analizadores se deben basar en la confianza mutua y la buena fe. Por eso, unas buenas especificaciones deben incluir todos aquellos conceptos que definan el instrumento necesario para una determinada aplicación, así como todos los conceptos y servicios que deben acompañar al suministro del equipo y que el comprador considere necesarios. En líneas generales una especificación debe incluir lo que el comprador requiere y necesita ahora, no lo que pudiera ser necesario en un futuro ni lo que sería conveniente tener por escrito en caso de conflicto posterior.

Por todo ello, en nuestra opinión, la especificación debe ser informativa, sucinta y descriptiva, dando al vendedor del analizador, como mínimo, y siempre que sean aplicables, los datos siguientes:

• Identificación del analizador (Tag y servicio)

• Composición de la muestra y datos físicos del proceso

• Fase de la muestra y condiciones físicas generales a la entrada del analizador

• Análisis requerido y técnica aplicable

• Requerimientos de correlaciones con métodos de laboratorio

• Rangos de medida requeridos

• Prestaciones requeridas:

o Exactitud

o Precisión

o Sensibilidad

o Tiempo de respuesta

o Tiempo de ciclo máximo, etc.

• Donde va a ir instalado y de qué forma

• Clasificación eléctrica del área donde se va a instalar

• Condiciones ambientales que deberá soportar

• Utilidades disponibles

• Señales I/O y alarmas requeridas.

• Tipo de calibración (manual - automática) requerida

• Accesorios que debe llevar instalados

• Requisitos complementarios:


Pág. 3 de 24

o Información técnica a recibir con la oferta

o Certificados

o Pruebas que se realizarán

o Documentación

o Identificación

o Asistencia técnica

1.2.1 Condiciones de la muestra

Para la redacción de las especificaciones de los analizadores es muy útil, si es posible, conocer las condiciones “anormales” de la muestra que puedan afectar al analizador. Estas condiciones anormales se refieren a composición en condiciones extremas de la planta, así como los valores mínimo normal y máximo en condiciones normales. También aplican estos valores extremos a las condiciones físicas de la muestra: presión, temperatura, viscosidad, densidad, grado de suciedad, componentes corrosivos, etc. que pueden afectar al analizador, así como al sistema de acondicionamiento de la muestra.

Un punto importante a considerar es si la planta es existente o con un proceso muy conocido o, por el contrario, es una planta recién diseñada de la que sólo se conoce su comportamiento experimental. En este último caso hay que cubrirse dando un amplio margen de tolerancia a los valores incluidos en las especificaciones recibidas.

1.3 Prestaciones

Una de las formas más usuales de comprobar el rendimiento o bondad de los resultados de un analizador es compararlos con los resultados del mismo análisis, o equivalente, en ensayos de laboratorio.

La mayoría de analizadores, especialmente los de propiedades físicas, se definen por su correlación con los resultados que se obtienen en los correspondientes ensayos de laboratorio. En las especificaciones del analizador se deben indicar los valores de los parámetros requeridos para su aplicación y que el proveedor debe confirmar y certificar, pero también se debe pedir que, en su oferta, indique los valores de otros parámetros que puedan ayudar a valorar su propuesta.

Los parámetros que caracterizan los resultados analíticos son:

• Exactitud

• Precisión – Repetibilidad

• Reproducibilidad

• Sensibilidad

• Linealidad

• Ruido

• Tiempo de respuesta

• Tiempo de ciclo

• Deriva de cero

• Deriva de span

• Influencia de las condiciones ambientales

• Influencia de las condiciones físicas de la muestra

1.3.1 Exactitud

La exactitud es la medida de la capacidad del analizador para coincidir con un valor dado u objetivo obtenido como referencia usando un método analítico alternativo.


Pág. 4 de 24

Se podría entender como la diferencia entre el valor REAL, absoluto, teórico y sin error de la medida y el valor medido por el analizador correspondiente.

Como parte de los errores sistemáticos, la exactitud de un analizador de proceso depende de la exactitud en que se encuentra la variable analizada en el fluido de calibración.

Se suele expresar en porcentajes del valor medido o del valor de fondo de escala o span

Comúnmente más importante que la exactitud desde el punto de vista de funcionamiento de un analizador de proceso es la precisión de la que se deriva el concepto de repetibilidad.

1.3.2 Precisión

La precisión es la medida cuantitativa de la capacidad del analizador para obtener el mismo valor cuando se analiza la misma muestra de proceso o de calibración.

La precisión de los resultados obtenidos por un analizador de proceso debe ser igual, por lo menos, que los resultados obtenidos en las pruebas en laboratorio y establecidos en los métodos de ensayo correspondientes. Dicho de otro modo y en términos generales: la precisión del analizador debe ser mejor o igual que la repetibilidad del método de laboratorio correspondiente.

Se suele expresar en porcentajes (±) del valor medido o del valor de fondo de escala o span

1.3.3 Repetibilidad

La repetibilidad (r), concepto usado en técnicas de análisis en laboratorio, es la medida cuantitativa de las diferencias obtenidas por un mismo operador en un laboratorio dado, obteniendo resultados repetidos y sucesivos con el mismo aparato de análisis.

Es el valor más aplicable a la bondad de un analizador: con la misma muestra, distintos análisis deben ser iguales con la tolerancia que el valor de la repetibilidad permita. En este aspecto, repetibilidad es sinónimo de precisión.

Se suele expresar en valores absolutos del valor medido.

En laboratorio la repetibilidad se define como la diferencia entre dos resultados que solo podría ser excedida, en una serie larga de medidas, una vez de cada veinte, con una operación normal y correcta del método de ensayo.

La relación entre repetibilidad y la desviación estándar para un operador individual (σr) es igual, con una probabilidad del 95%, a:

r = 1,96 √ 2 σr = 2,77 σr ≈ 2,8 σr Ecuación (e-1)

La desviación estándar es:

( )1

2

−−

= ∑n

mxiσ Ecuación (e-2)

Siendo en la fórmula:

xi = valor de la medida en el ensayo o análisis nº i

m = media aritmética de las medidas x

n = número de medidas realizadas

El valor de la desviación estándar representa el grado de dispersión de los valores medidos. Cuando más grande es este valor más dispersas están las medidas. Habrá menos precisión. En ciertos ámbitos, se usa la expresión “incertidumbre de la medida” que es equivalente a desviación estándar.

1.3.4 Sobre exactitud y precisión

Como hemos indicado, la exactitud es la medida de la capacidad del sistema analítico para coincidir con un valor dado objetivo, tal como una determinada concentración de un componente, medida por un método analítico


Pág. 5 de 24

independiente. Mientras que la precisión es la medida cuantitativa de la habilidad del analizador para obtener el mismo valor con la misma muestra de referencia o de proceso.

Usualmente cuando se requiere solo conocer la tendencia de la medida en una determinada aplicación analítica, la precisión del equipo es más importante que su exactitud. Naturalmente lo ideal es un instrumento con un alto nivel de precisión junto a un también alto nivel de exactitud. Y aunque ambos parámetros son teóricamente obtenibles, la necesidad de pagar un precio alto por ambos conceptos no siempre está justificada.

Por lo tanto es el usuario final del analizador quien tiene que decidir, basado en la aplicación: la calidad del producto a obtener, control del proceso, o consideraciones de tipo legal, el grado de precisión, exactitud o ambas que necesita.

Esta decisión es importante para acotar los límites de control para el rendimiento del equipo analítico y cómo deben ser considerados algunos de los conceptos estadísticos que indicamos a continuación.

1.3.5 Conceptos estadísticos aplicables a la precisión

Cuando se obtiene una serie grande de medidas sobre una muestra constante, en teoría perfectamente constante, los datos obtenidos suelen tener una distribución normal. Se denomina distribución normal porque la experiencia demuestra que los datos obtenidos por diferentes formas de medida adoptan esta figura.

Matemáticamente la distribución normal se describe como:

( ) 2

21

21 ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ −

−= σ

πσ

mx

ey Ecuación (e-3)

Donde:

y = frecuencia con la que aparece el valor x

σ = desviación estándar (DST)

x = valor medido

m = media aritmética

e = 2,7183

La representación gráfica de la distribución normal adopta la forma de una campana (curva de Gauss). Algunas de estas curvas se representan en la figura adjunta 1.1. Las tres curvas representadas tienen exactamente el mismo valor medio, pero diferentes desviaciones estándar. En términos vulgares, diríamos que los valores medidos representados por la curva A son más precisos que los incluidos en las otras dos.

Si nos detenemos en la figura 1-2, podemos determinar algunos hechos.

Primero, el eje vertical, “y”, corresponde a la frecuencia, calculada según la ecuación e-3. El eje horizontal, “x”, corresponde a los valores de la variable medida, tales como concentración, densidad o punto de ebullición; las unidades físicas de medida se han convertido en unidades de desviación estándar.

Segundo, la escala horizontal está en unidades de +σ y –σ con referencia a la media. Dado que la curva es una distribución normal, el 68,2 % de los valores medidos están en el intervalo ± 1σ.

De forma similar, el 95,4 % de los valores están en el intervalo ± 2σ y el 99,7 % en el intervalo ± 3σ.

Los límites ± 3σ son comúnmente usados en muchos procesos


Pág. 6 de 24

de producción. Sin embargo este valor no es universal y en muchos casos se deben usar límites más anchos o más estrechos. Hay que considerar que unos límites de ± 4σ representan el 99,994 % de las medidas. Estos porcentajes son solamente válidos si los datos están normalmente distribuidos y la muestra es verdaderamente representativa del total de posibles medidas.

Veamos un ejemplo práctico.

Con un analizador que determina la concentración de un determinado componente en el rango de 60 a 100 ppm; con un span, como sabemos, de 40 ppm; y usando un gráfico con la curva de la medida de una muestra de calibración, de composición constante, se obtienen 50 puntos de esta medida.

Estos puntos varían entre los siguientes valores: 82 y 88 ppm, según curva adjunta.

Del estudio de los 50 valores medidos, y suponiendo una distribución normal, se obtiene un valor medio, “m”, igual a 85,00 ppm y una desviación estándar: DST, σ = 1,859.Si consideramos un campo de trabajo para la precisión de ± 2σ (que incluiría todas las medidas dentro del 95,4 % del total, o, dicho de otro modo, que el valor REAL de la concentración estaría con una probabilidad del 95,4 % en este campo), la medida se tendrá que mover entre los valores m ± 2σ, es decir: entre 85,00 ± 2 x 1,859 = 85,00 ± 3,72 ppm. Entre 88,71 y 81,28 ppm.

Lo que significa que la precisión de este analizador para esta población de análisis es ± 3,72 ppm ó ± 9,3 % del span.

El valor de la precisión se suele expresar, también, en relación con el valor medio, como desviación estándar relativa, en la forma:

100×=m

RSD σ.

Que en el ejemplo anterior resultaría: %18,210000,85

859,1±=×=RSD del valor medido

En principio debería ser necesario que el usuario determinase el grado de precisión, en términos de la desviación estándar, que requiere para las medidas de una determinada aplicación analítica. Este grado de precisión deberá ser comprobado y certificado por el fabricante del instrumento y verificado durante las pruebas del equipo por medio de ejercicios como el descrito.

Se observará que en lo que hemos indicado no aparece en ningún momento el término de exactitud. Esto significa que se puede determinar la precisión de un analizador independientemente del valor real, absoluto y sin error de la variable que se trata de analizar.

La repetibilidad del analizador del ejemplo sería: R = 2, 77 x σ = 2,77 x 1,859 = 5,151 ppm

1.3.6 Reproducibilidad

Este es un parámetro que, en nuestra opinión, no es aplicable a un analizador de proceso, salvo cuando se realiza una serie de medidas comparativas entre laboratorio y el propio analizador de proceso. Por ello y, porque

76

77

78

79

80

81

82

83

84

85

86

87

88

89

90

91

92

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50

Medidas

ppm

m = media

m + 2σ

m - 2σ

76

77

78

79

80

81

82

83

84

85

86

87

88

89

90

91

92

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50

Medidas

ppm

m = media

m + 2σ

m - 2σ


Pág. 7 de 24

tradicionalmente y por parte de algunos fabricantes se especifica este valor, es por lo que incidimos en su definición, en general aplicable a técnicas analíticas de laboratorio.

La reproducibilidad (R) es la medida cuantitativa de las diferencias obtenidas por distintos operadores trabajando en distintos laboratorios, obteniendo resultados con el mismo material de ensayo.

Se define como la diferencia entre dos resultados que solo podría ser excedida, en una serie larga de medidas, una vez de cada veinte, con una operación normal y correcta del método de los ensayos.

La relación entre repetibilidad y la desviación estándar para un operador individual (σR) es igual, con una probabilidad del 95%, a:

R = 1,96 √ 2 σR = 2,77 σR ≈ 2,8 σR Ecuación (e-4)

1.3.7 Correlación con laboratorio

Cuando se comprueban los resultados de un analizador con los de laboratorio, se debe tener en cuenta que el analizador tiene errores sistemáticos y aleatorios y que los resultados de sus medidas tendrán una desviación estándar σi . De la misma forma, los resultados de los análisis de laboratorio tendrán una desviación estándar σR. La distribución de las diferencias entre los resultados del analizador y el laboratorio tendrá una desviación estándar igual a:

22Rical σσσ += Ecuación (e-5)

De esto se sigue que la diferencia absoluta | D | entre los resultados del analizador y los del laboratorio deberán ser menores (en 19 de cada 20 casos; 95%) que 1,96 σcal.

Cuando σR = σi, se tendrá:

| D |≤ 1,96 σcal

| D |≤ 1,96 √2 σR, según ecuación (e-4)

| D |≤ R

La diferencia absoluta entre los resultados del analizador y los del laboratorio deberán ser iguales o menores que el valor de la reproducibilidad del método de análisis.

Ningún usuario puede requerir que la diferencia absoluta de los resultados de un analizador de proceso con los análisis de laboratorio sea menor que el valor de la reproducibilidad del método analítico aplicado.

1.3.8 Sensibilidad

Es el valor más pequeño de la variable analizada que el analizador es capaz de detectar. También se suele denominar como: Límite Inferior de Detección o LDL.

Se suele expresar en valores de partes del rango de medida (ppb o ppm)

1.3.9 Linealidad

Es la medida de la compatibilidad de la señal de salida del analizador cuando se compara a una señal de salida producida por una muestra estándar de calibración con una “curva” de inclinación específica y matemáticamente representada con una línea recta.

Típicamente este parámetro es particularmente útil en analizadores con una función operativa de tipo logarítmico como los de oxígeno por óxido de zirconio cuya señal de salida debe ser directamente proporcional de forma lineal a la concentración de O2

Se suele expresar en porcentajes del valor de fondo de escala.


Pág. 8 de 24

1.3.10 Ruido

Es el valor de la señal de salida cuando el valor de la variable medida es estrictamente cero o incluso sin muestra y totalmente operativo. Se debe, básicamente, a zumbido electrónico.

Se suele expresar en porcentajes del valor medido o del valor de fondo de escala o en partes del rango de medida (ppb o ppm)

1.3.11 Tiempo de respuesta

Dentro de este concepto se pueden agrupar tres constantes de tiempo: Tiempo de retraso (T10); Tiempo de subida (o caída) (Tr, Tf ) y Tiempo 90 % (T90) 1

El tiempo de retraso T10 es el intervalo que transcurre desde el instante en que se produce un cambio brusco (cambio en escalón) en la concentración o propiedad analizada a la entrada del analizador, hasta el instante en el que el valor de la concentración o propiedad analizada en la lectura del analizador alcanza y permanece por encima del 10 % del valor del cambio, sin variar el caudal de la muestra.

Tiempo de subida Tr (o de caída, Tf). Es el intervalo de tiempo en el cual la concentración o propiedad analizada leída por el analizador pasa del 10 % (o permanece superior) al 90 % del valor del cambio después de una subida (o disminución) brusca (en escalón) a la entrada del analizador, sin variar el caudal de muestra.

Tiempo 90 % (T90). Es la suma del T10 y Tr ó la suma del T10 y Tf. Se toma el valor más alto de estas dos sumas.

A veces se determina también el tiempo de respuesta T63 correspondiente a la constante de tiempo del equipo2, que se define como el intervalo de tiempo requerido para que la señal de salida del analizador alcance el 63 % de su valor final cuando en la entrada del analizador la muestra sufre un abrupto cambio (en escalón) en el valor de la variable analizada.

Es importante que el suministrador del analizador informe del tipo (T90 ó T63) de tiempo muerto que indica en sus especificaciones.

1.3.12 Tiempo de ciclo

Término usado en analizadores cíclicos o secuenciales. Expresa el periodo de tiempo necesario para producir un análisis completo y presentar los datos analíticos, es decir, desde el momento en que la muestra entra o es inyectada al analizador hasta que se generan nuevos resultados analíticos. Se expresa en segundos o minutos.

1.3.13 Deriva de cero

Se puede expresar como el cambio en la señal de salida del analizador funcionando continuamente y sin ajustar, en un tiempo determinado, normalmente 24 horas, cuando la concentración o valor de la variable analizada es cero.

También se define como el error producido por una desviación paralela de la curva de calibración del analizador. Esto causa que el límite inferior de la curva de calibración se desplace y origina un punto de cero incorrecto.

Se suele expresar en porcentajes de fondo de escala que varían en un tiempo determinado (una semana o un día)

1 Definiciones basadas en IEC 1115 “Expresion of performance of simple handling systems for process analyzers 2 La salida porcentual frente a un cambio en escalón es: y = 1 – exp(-t/T). Cuando t = T ( Constante de tiempo); y = 0,63

63,2 %

T10 TrT90

10 %

90 %

100 %

CONSTANTES DE TIEMPO

T63

6321,0;,;1 00 ==−=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −

yTtSiey Tt


Pág. 9 de 24

1.3.14 Deriva de span

Es el cambio en la señal de salida del analizador funcionando continuamente y sin ajustar, en un tiempo determinado, normalmente 24 horas, cuando la concentración o valor de la variable analizada es el máximo del rango de medida.

Se suele expresar en porcentajes de fondo de escala que varían en un tiempo determinado (una semana o un día)

1.3.15 Influencia de parámetros ambientales

Algunos analizadores son sensibles a cambios de las condiciones ambientales: temperatura, presión atmosférica y humedad principalmente.

Las especificaciones deben incluir las condiciones ambientales para que el fabricante del analizador pueda evaluar los posibles efectos adversos por dichas condiciones. También el vendedor del analizador debería indicar en su oferta si el analizador propuesto es sensible a estas condiciones.

1.3.16 Influencia de las condiciones físicas de la muestra

Todos los analizadores tienen unas limitaciones en relación con las condiciones de la muestra: caudal, presión, temperatura, grado de impurezas, viscosidad, etc.

Por un lado, el vendedor del analizador debe indicar las limitaciones del analizador propuesto. Estos datos son necesarios para el diseño de un correcto sistema de acondicionamiento. Pero también, por nuestro lado, debemos indicar en la especificación del analizador los datos físicos de la muestra a fin de que el suministrador del analizador pueda evaluar la idoneidad del equipo que va a ofertar.

1.3.17 Composición de la muestra

Dependiendo del método analítico hay ciertos componentes de una muestra que enmascaran o falsean el análisis requerido. Típicamente en los analizadores NDIR. Otras veces, simplemente el analizador funcionará mal a medio plazo o requerirá un grado enorme de mantenimiento si hay presencia de cierto componente (por ejemplo, análisis de Flash Point por medios catalíticos en muestras con presencia de azufre)

Por ello, y salvo en ciertos casos, se debe indicar en la especificación del analizador la composición completa de la muestra o muestras que va a analizar, indicando los valores máximo, normal y mínimo de cada componente. El fabricante debe verificar con estos datos la idoneidad del analizador que va a ofertar.

La concentración de cada componente de la muestra se debe expresar en porcentajes en volumen (molar) o peso. Las concentraciones bajas en ppm vol., ppb vol. o mg/Nm3. Y si es posible, dentro de la lógica, usando la misma unidad para todos los componentes.

En el caso de gases se deben indicar las condiciones físicas de referencia: normal (0ºC y 1 atm) o estándar (25 ºC y 1 atm).

1.3.18 Rango de medida

Parece obvio que en la especificación del analizador se debe indicar el rango de medida requerido. Sin embargo, hay analizadores con rangos de fábrica muy determinados y que probablemente no coincidan con los requeridos. Este es un punto que el vendedor debe indicar y que hay que considerar y tener en cuenta para seleccionar el rango más adecuado.

Por otro lado hay que tener cuidado con las unidades en que se expresan los rangos. Es evidente que no es lo mismo un rango en porcentajes que en ppm ó ppb. O ppm en volumen que ppm en peso. Atención con muestras gaseosas con rangos en mg/Nm3.

Indicamos las equivalencias:

Un 1 % = 10.000 ppm;

100 % = 1.000.000 ppm

Un ppm = 1.000 ppb

mg/Nm3 y ppm.

Equivalencias: según la ecuación: ppm x mw = mg/Nm3 x 22,41


Pág. 10 de 24

ppm = (mg/Nm3 x 22,41)/mw

mg/Nm3 = (ppm x mw)/22,41

(mw = peso molecular de la muestra)

También, cuando se trata de gases, hay que considerar las condiciones en que se expresan los datos: Normal o Estándar.

Condiciones normales se refieren a una presión de 1 bar absoluto y una temperatura de 20 ºC (a veces, 25 ºC)

Condiciones estándar, presión de 1 bar absoluto y temperatura de 0 ºC.


Pág. 11 de 24

2 Ejemplos de especificaciones

2.1 Especificaciones tabulares

Como ejemplo de especificaciones estándar de analizadores tipo tabla adjuntamos las que aparecen en el libro, cuya lectura y consulta recomendamos, “Analytical Instrumentation”. R.E. Sherman, Editor. 1996, Instrument Society of America. Capítulo 7 “Specification and Purchase of Process Analyzer Systems”

En este tipo de formatos se deben ir rellenando los distintos cuadros con la información pertinente, dejando en blanco o poniendo una raya en los que no son aplicables.

Se recomienda añadir cualquier comentario o nota que en nuestra opinión pueda ser útil al fabricante o vendedor.

Es mejor pasarse, que no llegar.


Pág. 12 de 24


Pág. 13 de 24


Pág. 14 de 24


Pág. 15 de 24


Pág. 16 de 24

2.2 Especificaciones personales

Otra forma de especificar analizadores para su petición de oferta es redactar los requisitos necesarios de forma concisa, pero no “tabulada”. En vez de coger un impreso e ir rellenando cuadros, los medios informáticos actuales permiten tener una especificación más o menos estándar para cada tipo de analizador y rellenar los datos necesarios y borrar lo que no se necesite, presentando, así, una especificación “original” para el analizador requerido, con los datos necesarios y nada más.

Cuando en un proyecto hay que adquirir varios analizadores es conveniente preparar una especificación general para el proyecto que aplica a todos los analizadores involucrados y, además, redactar especificaciones individuales para cada tipo de análisis o técnica analítica requerida. En principio a la especificación general se le da el número uno, y en las demás se hace referencia a esta general y común.

Adjuntamos los textos de una de esas especificaciones generales y los de un par de especificaciones individuales usadas en algunos proyectos.

Se hace notar que es conveniente preparar estas especificaciones en idioma Inglés. Probablemente acabarán en la mesa de alguien no ducho en el de Cervantes y es preferible que los errores de traducción sean solo los nuestros.

2.2.1 Especificación general

OUTPUT SIGNALS 4 - 20 mA fully floating isolated and linear signal proportional to each analysed variable For non-continuous analysers a hold signal module shall be provided In this case an additional contact shall give an impulse (signal ready) when output signal is updated. This contact will be connected by others to external warning devices. MALFUNCTION ALARM Analyser shall be provided with a malfunction contact for connection to external alarm devices. This contact will show specific and critical malfunction (i.e. high bath temperature, low gas carrier flow, etc.) or be the resume of some of these variables. Electrical contacts (malfunction, signal ready) shall be SPDT, dry contact, 2 A, 115 V, inductive load. ELECTRICAL CLASSIFICATION Analysers are to be mounted in an Area classified as Zone 1, IIC, T3 s/ CENELEC. Individual ATEX, category 2 certification is required. ENVIRONMENTAL CONDITIONS Analysers will be mounted in a Refinery Plant atmosphere at seaside. Hydrocarbon and marine corrosion ambient Installation: Inside of an air conditioned and ventilated Analyser House Internal temperature = 20 ºC ± 4 ºC AVAILABLE UTILITIES Electricity Analysers: 220 V, 50 Hz ± 10% General 440 V 50 Hz. 3 Ph + Neutral Instrument Air Pressure: 6 Kg/cm2g Dew Point: -20 ºC Plant Air Pressure: 6 Kg/cm2g LP Steam: Pressure. 1,05 Kg/cm2g Temp. 150 ºC ANALYSER CONNECTIONS Electrical: 1/2" F. NPT or Manufacturer standard Sample and Utilities: Manufacturer standard size. Female NPT To be confirmed or stated by Vendor in his proposal ACCESSORIES Each analyser shall be supplied with all necessary accessories (signal converted, etc.) to work properly and in accordance with these specifications Accessories shall include any special programming tool (hardware and/or software) that could be needed to modify analyser program if any.


Pág. 17 de 24

SAMPLE CONDITIONING SYSTEM Sample Conditioning System will be designed and supplied by others. Analyser Vendor shall state in his proposal the required sample conditions at analyser inlet and description and physical conditions for any other required utility. CALIBRATION AND AUXILIARY FLUIDS Vendor shall include in his proposal list of required gases for calibration of proposed analyser with recommended composition and characteristics. Complete list of any others required fluids as reference or carrier gases, auxiliary, etc. shall be included too IDENTIFICATION Each instrument or equipment will be identified with the same tag number as the one shown in the specifications. The identification will be engraved on a stainless steel plate as for outdoor service. SPARE PARTS Priced Spare Part List for commissioning and start-up and priced spare part list for two-year operation of each analyser shall be included in vendor's proposal. Spare part list shall include any required maintenance special tool and any required special fluid as reagents, seals, etc. CE APPROVAL These analysers are to be installed in a CE Country. They must be certified as been manufactured and tested according CE regulations regarding RFI and be CE marked. FACTORY INSPECTION Vendor shall include, as option, prices for factory test witnessed by customer. The test shall consist of: Calibration of all equipment per Vendor calibration procedures shall be performed using test samples that have physical values close to actual operating plant values. Calibration Data shall provide proof compliance with this specification. All calibration samples shall be tested and certified by their manufacturer. Certifications shall be available to the Inspector and be retained by Buyer Samples shall be provided by Vendor The factory inspection shall demonstrate a minimum of 8-hour continuous and stable operation with a minimum of two different samples having values of analysed variable or components within the analyser range and minimum 25 % of range difference. It is the responsibility of the Vendor to notify the Buyer at least 15 working days prior to any factory inspection. Factory inspection may be witnessed by the Buyer or his representative It must be understood that presence of the Buyer or his representative does not in any point release the Vendor of his responsibilities. It is the Vendor responsibility to supply instruction manuals, drawings, etc. All strictly comply with the actual equipment supplied and this design specification. If the Buyer issues a list of outstanding items, the Vendor shall take immediate actions to correct all items. Warranty Vendor shall guarantee the analysers and auxiliary equipment against any default in workmanship, material, Analyser performance and Analytical Application for a minimum period of 12 months from Analyser system start up or 18 months from Analyser delivery, the soonest. Guarantee shall cover any aspect of hardware and software TECHNICAL ASSISTANCE Vendor shall include in his proposal daily rates for technical assistance to test, commissioning and training both at buyer workshop (CITY, Spain) and final customer plant located at CITY or PLACE, Spain. CORRESPONDENCE- All correspondence related to this specification shall be addressed to: Buyer Company. Analyser System Department.- Att. Mr. ----------- P.O. Box and Address, Post Code .- CITY, SPAIN Fax nr. --------------------Phone: + 34 ------------- E-mail: [email protected] LANGUAGE All technical documentation shall be written in English or Spanish S.I. system of measures shall be used, except for threads, tube / tubing and conduits diameters and flange or valve ratings.


Pág. 18 de 24

DOCUMENTATION The supplier will provide the information indicated below as per requested time and number of copies: A = One week after date of Order B = Three weeks after date of Order C = D = Enclosed with the equipment or material to be supplied P = With Proposal Item Nr. of Copies Time ( X ) Descriptive literature 1 P ( X ) Certified Drawings for dimensions 3 A ( ) Assembly instructions ( X ) Operation / Calibration instructions 3 D ( X ) Maintenance instructions 3 D ( X ) Spare part valued list for start-up 3 P ( X ) Spare part valued list for two year operation 3 P ( X ) Maintenance special tool valued list 1 P ( X ) Reagents / Carrier gases valued list for two years operating, indicating expected useful life period for each product 1 P ( X ) Calibration fluids composition 1 P ( X ) Electrical classification Certificates 1 B All required drawings and information will be specific for requested equipment (No Standard). Drawings will be certified and they will have to be sent for approval. All requested equipment will have to be included in drawings and documents. Each drawing and document shall be identified by the corresponding equipment tag number The responsibility for supplying the equipment adequate to the conditions included in the specifications concerns to the supplier in spite of the approval of drawings and documents by Buyer.

2.2.2 Especificación individual. Analizador de Gas de Cola

Qty.: 1 Tag: AT-0600 Service: Tail Gas Unit U-100 Analysis: H2S ; SO2 ; COS ; CS2 Measurement principle: Ultra-Violet Ray Absortion Sample: Tail Gas Phase at analyzer inlet: Gas Analyzer Design UV Unit : Mechanical: Wall mounting Installation : Inside an air conditioned walk in analyzer house Electrical classification: Zone 1, IIC, T3 Measurement ranges: H2S = 0 to 2,5 % vol SO2 = 0 to 1,0 % vol COS = 0 to 0,1 % vol CS2 = 0 to 0,1 % vol Accuracy: (2) Repeatability: (2) Sensitivity: (2) Analysis cycle: (2) Response time: (2) Analogue output signals: 4 (One 4 - 20 mA output signal per measured component) Data link: Not required State/Alarm contacts: General Analyzer Malfunction Cell Obstruction Purge Failure Local Display: Required.- Multifunction display for local indication and diagnosis Local Keyboard: Required.- Multifunction keyboard for function selection and data entry


Pág. 19 de 24

Failure action: Maintain output signals at last valid value Detector and source aging: Analyzer shall compensate for detector and source aging and check for cell obstruction Probe and Sample Conditioning System: By analyzer manufacturer. Adequate for specified service. Notes: 1) See Analyzer General Specification Nr.XXXXX-01 2) To be stated or confirmed by Vendor in his proposal --------------------------------------------------------------------------------- SAMPLE Sample: Tail gas Process piping: 12“ SAMPLE CONDITIONS AT TAKE OFF POINT: Phase: Gas PHYSICAL DATA UNIT MIN NORM MAX. Pressure Kg/cm2 g 0,02 0,012 3,5 Temperature ºC 171 220 Density at normal temp. kg/m3 0,75 Viscosity at normal temp. cP 0,02 GENERAL SAMPLE DATA Molecular Weight Kg/kmol Critical pressure Kg/cm2 a Vapor pressure Kg/cm2 a Compressibility factor Dew point at kg/cm2 g ºC Bubble point at kg/cm2 g ºC SAMPLE COMPOSITION Component Unit Min. Normal Max. Meas. Range H2S % mol. 0,95 2,0 0 - 2,5 SO2 % mol. 0,02 1,0 0 - 1,0 COS % mol. 0,005 0,1 0 – 0,1 CS2 % mol. 0,001 0,1 0 – 0,1 S6 + S8 % mol. 0,07 CO % mol. 0,13 2 H2 % mol. 1,66 5 CO2 % mol. 1,05 7 N2 % mol. 60,20 65 Ar % mol. 0,72 1 H2O % mol. 35,20 40 NH3 ppm v. S mist kg/h 0,7

2.2.3 Especificación individual Analizador de azufre total

Se destacan los requisitos de pruebas incluidos en la parte B Part A.- Analyzer Qty.: 1 Tag: AR-32202 Service: Gasoline on-line Blending Analysis: Total Sulfur content in Gasoline Measurement principle: X-Ray Fluorescence Sample: Blended Gasoline Phase at analyzer inlet: Liquid Analyzer Design Mechanical: Self standing or wall mounted


Pág. 20 de 24

Housing: NEMA 1. Detector housing protected against radiation escape, in accordance with Standard CNEN-NE-6.02 Electronic Unit Micro processed Primary source: X-Ray tube Calibrated Range: 0,00 - 0,25 % Wt. Repeatability: 0,003 % Wt. (see part B ) TSD: 0,005 % Wt. (see part B ) Span: Adjustable Minimum: =< 0.1 % Wt. Maximum: => 0.5 % Wt. Analog output signals: 4 -20 mA DC with galvanic isolation. One per Total Sulfur Density Compensation: Required. Signal from a density analyzer by others.- 4-20 mA DC. State/Alarm contacts: General Analyzer Malfunction, Communications failure. Two relay contacts free of voltage, SPDT, 5A, 250 V Cell temperature control: If required to assure analyzer performance. Local Display: Multifunction digital display for local indication and diagnostics Local keyboard: Multifunction membrane keyboard for function selection and data input Resident software: Communications, diagnostic, property identification.

The program shall be retained for at least 30 days, in case of power failure. Failure action: Maintain output signals at last valid value and generate alarm. Digital communication with Analyzer House Control System. Required. Analyzer House Control System will be a DCS Honeywell TDC 3000 Allowable ambient temperature 16 - 24 ºC.- See spec. XXXXX-01 Analysis time: Less or equal to 240 seconds Programming terminal: If required for configuration Communication Ports: As required for communications with programming terminal and analyzer house control

system Sample Conditioning System: This analyzer has to share sampling system with other analyzers that analyze other

properties within the same sample stream. For this reason it is intended that sampling system will be designed and constructed by others. Analyzer manufacturer has to specify in his proposal required sample physical conditions at analyzer inlet port

B.- General Plant Performance test Analyzer and analyzer system shall be tested at Plant location before to be accepted by final user. The Plant Performance Test shall consist of: - Availability - Repeatability - Total Standard Deviation (TSD) - Maximum Permissible Deviation (MPD)


Pág. 21 de 24

Availability Test This test includes analyzer and auxiliary systems (sampling, electrical equipment, etc.). It is described in this specification in order that analyzer manufacturer can evaluate all possible technical and economical impacts for this test which includes analyzer correct continuous operation. The availability test will last, at least, 720 running hours. During this period, the system shall have an availability index of 99 %. The system under test shall be considered available when all of its parts are working properly. The test will be repeated every time the availability index falls below 99 %. This is, when the unavailability is more than 7.2 cumulative hours, the test shall be repeated until the availability index is reached. This test shall include all purchased equipment and software The Vendor shall issue weekly reports to furnish information for the system performance evaluation. The availability index shall be calculated by the following formula: A = (1 - UT / ST) x 100 % where: A = Availability index UT = Unavailability Time ST = Sample Time (720 Hours)

The Sample Time (ST) is the total observation time, not including the intentional interruption time for the implantation of new program versions, data base modifications and other activities related to the system configuration. The unavailability time shall be cumulative when the system is unable to perform any of its functions or operates in degraded form. Repeatability Repeatability Test Procedure It will be initially collected, at least, two samples with sufficient volume to perform 50 analysis of each sample. These samples shall be taken in an appropriate manner to avoid contamination, degradation, etc. and injected into the analyzers during 25 consecutive days. Repeatability Definition. The repeatability will be calculated by: r = t x √ 2 x SD Where SD is the repeatability standard deviation, and where t is the Student factor depending on the probability threshold. It will be used a 95 % probability threshold, t will be equal to 1.96 Repeatability Acceptance Criteria The validation criteria for sulfur analyzer repeatability shall be 0.003 % Wt. Total Standard Deviation (TSD) TSD Test Procedure To evaluate the TSD test, 30 physical samples will be collected and stored during the model generation period. During the acceptance test period, these samples will be injected into the analyzers. 20 additional physical samples will be collected during the acceptance test period. The samples will be collected in the analyzer sample line during stable operation These samples shall be taken in an appropriate manner to avoid contamination, degradation, etc.


Pág. 22 de 24

The samples will be analyzed in the laboratory using standard methods. Part of each sample will be stored to repeat, if required, all the analysis. The NIR on-line analysis results will be stored TSD Definition The TSD will be calculated from the following formula:

( )

2

1−

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ∂−∂

=∑

−

nTSD

n

ii

Where n is the number of samples

∂ i i iX X= −1 2

X i1

corresponds to the measurement using analyzer 1 and sample i

X i2

corresponds to the measurement using analyzer 2 and sample i TSD acceptance criteria The validation criteria for sulfur analyzer TSD shall be 0.005 % Wt. Maximum Permissible Deviation (MPD) MPD Test Procedure The maximum deviation of the samples will be computed in order to compare to the maximum Permissible Deviation (MPD) MPD Definition The maximum deviation is the maximum difference between on line analyzer result and standard method result in a series of tests. MPD Acceptance criteria The validation criteria for Sulfur analyzer MPD shall be 0.015 for 50 samples Performance evaluation Analyzer system will be considered as performing satisfactorily if the results obtained during the test run are lower than the standard levels defined above. If one of them is higher, the test shall be repeated to verify if the analyzer system is working satisfactorily. The analyzer system final acceptance shall be issued only when the performance criteria have been achieved. C.- Technical Services Vendor has to include in his proposal, as separate items, prices to realize and / or assist the following technical services: (According to manufacturer experience specified technical services can be modified. In vendor proposal a detailed program for proposed technical services, including manufacturer recommendations shall be included) Field services The scope of field services shall include, at least: Electrical power installation inspection


Pág. 23 de 24

Accessories connection and installation Analyzer starts up: Validation of analyzer calibration with standard sample Analyzer operation with process samples Analyzer stability supervision Analyzer system pre-start up, calibration and test: Functional inspection of analyzers and associated equipment Calibration and operation of analyzer to assure performance guarantees Analyzers calibration with standard samples validation Analyzer sampling system start up Analyzers operation connected to process stream. Analyzers operation stability supervision for final acceptance in conformity to Performance Guarantees Local training for operation and maintenance: Training program organization and application Classroom instructions concerning: analyzer operation, calibration and maintenance. Practical training during analyzers calibration and testing Practical training during analyzers start up General Notes: 1) See Analyzer General Specification Nr. XXX-.01 2) To be specified by Vendor in his proposal


Pág. 24 de 24

3 Bibliografía, referencias y notas

“Analytical Instrumentation”. R.E. Sherman, Editor. 1996, Instrument Society of America.

Especificaciones de proyectos en CAE-SEI, Denion Control y Sistemas, S.A.y Gematec, S.A.

Información privada del autor

Nota:

Las fotografías de los analizadores incluidas en este tema han sido seleccionadas exclusivamente como elementos ilustrativos de algunas clases de equipos y con el fin de romper la monotonía de la lectura. No guardan, en general, ninguna relación con el texto.

Intencionadamente no se han descrito ni marcas ni modelos para evitar cualquier posible relación con sus fabricantes o vendedores respectivos, aunque, tampoco, se han borrado las marcas o rótulos que puedan permitir su identificación a lectores experimentados en sistemas de análisis.

Tarragona, Enero 2007

Revisión Junio 2011. Algunos datos modificados

F. Velasco

[email protected]

analizadores de gases

Documents