analizadores de proceso

Analizadores de Analizadores de ProcesoProceso

Ing. Flavia BonetIng. Flavia Bonet

ANÁLISIS INDUSTRIALQuímica Analítica de Procesos

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1. Objetivo de la PAC.

Conseguir a través de la automatización y miniaturización una

mayor integración de la Química Analítica con los procesos

industriales con objeto de suministrar mayor información acerca

de los procesos químicos que puede ser utilizada para

monitorizar, optimizar y controlar dichos procesos.

2. Definición de analizador de procesos.

Los analizadores de procesos son dispositivos automáticos que

permiten la medida continua o periódica de uno o más

parámetros físicos o químicos a lo largo de una línea de proceso

industrial.


3. Características ideales de un analizador de procesos.

1. Emplea métodos químicos sencillos.

2. Lleva a cabo el análisis (incluyendo el muestreo y preparación

de la muestra) en continuo.

3. Produce resultados los suficientemente precisos y exactos como

para controlar la línea de proceso.

4. Produce resultados rápidos que permiten la corrección de las

condiciones operacionales de la línea de proceso.

5. Es sencillo de manipular por personal no especializado.

6. No necesita mantenimiento durante largos períodos.

7. El mantenimiento se puede llevar a cabo sin interrumpir la línea

de proceso.

8. Es capaz de autocalibrarse.

9. Es capaz de trabajar en ambientes “peligrosos”.

10. Su uso debe ser económicamente ventajoso para la empresa.

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4. Principales problemas en la implantación de analizadores de

procesos .1. Las reticencias de la industria a introducir nuevas técnicas

analíticas.

2. La falta de comunicación entre los físicos y químicos que

trabajan en desarrollo de nueva instrumentación analítica y los

ingenieros que trabajan en la industria.

3. La instrumentación necesaria para extraer muestras

representativas de la línea de producción y transferirlas al

analizador es a menudo más costosa que el propio analizador.

4. Los errores de funcionamiento de un analizador de procesos

puede conducir a importantes pérdidas económicas y, en

algunos casos, a pérdidas humanas (p.e. un analizador

controlando el nivel de especies tóxicas expulsadas a la

atmósfera).

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5. Adaptación de los instrumentos analíticos del laboratorio a

analizadores de procesos.

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Instrumentos de laboratorio

Flexibles en cuanto a las especies que pueden ser analizadas y

las condiciones operacionales.

Complejos y delicados.

Trabajan 8 horas/día y 5 días/semana.

Atendidos por personal especializado.

Calibrados antes de una serie de análisis.

Las muestras suelen ser procesadas manualmente.

El analista y el instrumento trabajan en la misma habitación la

cual a menudo se encuentra en unas condiciones óptimas (p.e.

habitaciones limpias y termostatizadas).

La responsabilidad de las empresas fabricantes se limita a la

garantía de buen funcionamiento del equipo.


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Analizadores de procesos

Concebidos para análisis muy específicos bajo unas

condiciones experimentales establecidas.

Simples y robustos.

Trabajan 24 horas/día y 7 días/semana

Atendidos por personal no especializado

No necesitan calibración frecuente (autocalibrado).

Trabaja en línea con el sistema de toma y tratamiento de

muestras que a menudo es más complejo que el propio

analizador.

El analista se encuentra en un lugar distante de la zona donde

se encuentra el analizador la cual se encuentra a menudo en

condiciones extremas de humedad, temperatura y corrosión.

La responsabilidad de las empresas fabricantes de

analizadores de procesos es mucho mayor que la de los

analizadores de laboratorio.


6. Ventajas de los analizadores de procesos. Rapidez:

• Introducción de cambios rápidos en las condiciones

operacionales de la línea de proceso.

• La calidad de los productos es más uniforme.

• No se producen cambios significativos en la composición de las

muestras.

• Detección de cambios rápidos en la composición.

• Los cambios transientes no pasan desapercibidos.

• El control de la línea de proceso automatizada.

Economía:

• Se reducen costes de personal.

• Se reduce el coste de análisis (automatización).

• Se reduce el consumo de energía y los costes de producción.

• Se reducen costes en el reprocesado de materiales que no

están de acuerdo con las especificaciones.

Muestreo:

• Se eliminan los errores de muestreo y de etiquetado debidos a

la intervención humana.

• No se requieren contenedores especiales.

• Se pueden muestrear sustancias peligrosas.

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7. Clasificación de los analizadores de procesos.

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Off-Line

At-line On-line

In-line Non-invasive

Analizadores de procesos

Localización en la línea de proceso

Objetivo

Interpretación de los resultados

Parámetros a determinar7.1. Localización en la línea de proceso.


Analizadores de seguridad.

• Diseñados para la medida de contaminantes en los efluentes

industriales o en la atmósfera de trabajo.

• Su uso no se justifica por razones económicas sino legales.

Controladores de la línea de producción.

• Análisis de uno o más componentes en la línea de proceso con

objeto de controlar la calidad de los productos finales o la eficacia

de un proceso.

• Su uso se justifica en razones económicas.

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7.2. Ojetivo.

Analizadores de control de procesos indirecto.

Un ordenador recibe los resultados y toma decisiones sin la

intervención humana.

Analizadores de control de procesos directo.

Un técnico recibe los resultados y toma las decisiones.

7.3. Interpretación de los resultados.


7.4. Parámetros a determinar.

Analizadores físicos.

Medida y control de una propiedad física del fluido (conductímetros,

viscosímetros, refractómetros, medidores de presión y

temperatura).

Analizadores químicos.

Medida de la concentración de una (pH-metros, electrodos

selectivos de iones, oxímetros) o varias simultáneamente

(cromatógrafos de líquidos y de gases) o sucesivamente

(fotómetros).

8. Componentes de los analizadores de procesos.

1. Un sistema de muestreo.

2. El analizador propiamente dicho.

3. Un sistema de “salida” de resultados.

4. Un sistema de protección del analizador.

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9. El sistemas de muestreo.

9.1. Características.1. Debe requerir un mínimo mantenimiento.

2. Debe estar completamente automatizado incluyendo la

recolección de la muestra, pretratamiento e introducción dentro

del analizador de procesos.

3. El tiempo de transporte y acondicionamiento de la muestra debe

ser mínimo.

4. Los materiales del sistema de muestreo deben ser

cuidadosamente seleccionados para evitar la contaminación de

las muestras o el posible daño del propio equipo.

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1. El sistema de acondicionamiento de la muestra.

2. El sistema de recolección, transporte y eliminación de muestra.

9.2. Componentes de los analizadores de procesos.

ANÁLISIS INDUSTRIALQuímica Analítica de Procesos9.2.1. Sistemas de acondicionamiento de muestras.

La misión del sistema de acondicionamiento es cambiar la

naturaleza de la muestra extraída de la línea del proceso

adaptándola a los requerimientos del analizador.

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ETAPAS

• Filtración.

• Eliminación de la “agresividad” química o física.

• Homogeneización. Puede incluir:

Vaporización aplicando presiones o temperaturas

adecuadas.

Separación de gases disueltos en un líquido mediante

agitación.

Separación de líquidos inmiscibles.

• Adición de tampones.

• Eliminación de interferencias.

• Control de la presión y temperatura.

• Control de la velocidad de flujo y del tamaño de la muestra que se

introduce en el analizador.

• Eliminación parcial o completa del agua de la muestra.

• Dilución.


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9.2.2. Sistemas de recolección, transporte y eliminación.La misión de este sistema consiste en extraer la muestra de la línea

del proceso, transportarla hasta el analizador y evacuarla hacia la

línea de proceso o hacia un contenedor de residuos.

Recolección.

• Evitar zonas de alta turbulencia, altos niveles de partículas,

mezclas de fases líquidas y gaseosas, contaminantes y elevadas

presiones y temperaturas.

• Tomar la muestra en el centro de la tubería, evitando el fondo

(sedimentos) y la parte superior (gases).

• Tomar muestras en distintos puntos mezclándolas de acuerdo a

una distribución conocida.

Transporte.

• La composición debe mantenerse: evitar condensaciones,

evaporaciones, adsorciones o degradaciones.

• Es deseable flujos rápidos, líneas de transporte cortas, diámetros

anchos y materiales inertes.

• Las muestras no deben contaminarse entre sí ni con los

estándares utilizados en el calibrado.

Método extractivo para análisis Método extractivo para análisis de gasesde gases

Los analizadores de gas de proceso extractivos se emplean Los analizadores de gas de proceso extractivos se emplean para obtener de forma continua valores de concentración para obtener de forma continua valores de concentración de uno o más gases en una mezcla.de uno o más gases en una mezcla.

El procedimiento extractivo de medición se caracteriza El procedimiento extractivo de medición se caracteriza porque la muestra que se debe analizar se recoge del porque la muestra que se debe analizar se recoge del control de procesos y se dirige al analizador ya control de procesos y se dirige al analizador ya acondicionada a través de una tubería de muestra y un acondicionada a través de una tubería de muestra y un dispositivo de preparación de la misma.dispositivo de preparación de la misma.

Durante la preparación de la muestra se ajusta p. ej. la Durante la preparación de la muestra se ajusta p. ej. la presión, la temperatura o el caudal y se elimina, si es presión, la temperatura o el caudal y se elimina, si es necesario, el polvo o la humedad del gas de muestra. Así se necesario, el polvo o la humedad del gas de muestra. Así se garantiza que la medición tenga lugar bajo determinadas garantiza que la medición tenga lugar bajo determinadas condiciones.condiciones.

Ejemplos de equipos. Marca Ejemplos de equipos. Marca SiemensSiemens

• ULTRAMAT 6para la medición altamente selectiva de componentes absorbentes del infrarrojo como CO, CO2, NO, SO2, NH3, H2O, CH4 y de otros hidrocarburos• ULTRAMAT 23para la medición de hasta tres componentes absorbentes del infrarrojo y del oxígeno en aplicaciones estándar• ULTRAMAT/OXYMAT 6para la medición combinada de componentes absorbentes del infrarrojo y de oxígeno en aplicaciones exigentes • OXYMAT 6para la medición de la concentración de oxígeno en aplicaciones exigentes siguiendo el principio paramagnético• OXYMAT 61para la medición de la concentración de oxígeno en aplicaciones estándar siguiendo el principio paramagnético• FIDAMAT 6para la medición de las sumas de hidrocarburos según el principio de ionización de llamas• CALOMAT 6para determinar la concentración de hidrógeno y gases nobles en mezclas binarias midiendo la conductividad térmica.

OXYMAT 6: ParamagnéticoOXYMAT 6: ParamagnéticoFuncionamientoA diferencia de casi todos los demás gases, el oxígeno es paramagnético.Esta propiedad se emplea como principio de medida en los analizadores de gas OXYMAT 6.Debido a su paramagnetismo, dentro de un campo magnético no homogéneo las moléculas de oxígeno son desplazadas en sentido hacia las mayores intensidades de campo. Si dos gases con diferente contenido en oxígeno se encuentran en un campo magnético se produce entre ellos una diferencia de presión.En OXYMAT 6 uno de ellos (1) es un gas de referencia (N2, O2 o aire), el otro el gas de muestra (5). El gas de referencia se lleva a la cámara de muestra (6) a través de dos canales (3). Uno de estos flujos de referencia se encuentra con el gas de muestra dentro del área de un campo magnético (7). Como los canales están unidos entre sí, la presión, que es proporcional al contenido en oxígeno, produce una corriente que es transformada en señal eléctrica por un sensor de microflujos (4).

Oxymat 6Oxymat 6

CROMATOGRAFIA DE GASES CROMATOGRAFIA DE GASES EN PROCESOEN PROCESO

La cromatografía de proceso es uno de los métodos de medición y análisis más eficaces en el análisis de procesos. Se trata de un método que trabaja de forma discontinua y extractiva.Este procedimiento se emplea a menudo para la supervisión en línea del funciona-miento, ya que los procesos pueden automatizarse de forma sencilla y pueden medirse simultáneamente un gran número de componentes.

CROMATOGRAFIA DE GASES CROMATOGRAFIA DE GASES EN PROCESOEN PROCESO

La cromatografía de gases de proceso puede utilizarse para laseparación y cuantificación de los componentes de casi todas las mezclas homogéneas de sustancias en estado gaseoso o líquido.Para ello, los componentes en estado líquido deben evaporarsesin descomponerlos. Los distintos componentes de una muestra puntual circulan por el sistema de separación a diferentes veloci-dades y se van registrando en un detector uno tras otro.

El tiempo que transcurre entre la inyección de la muestra y el registro de una sustancia en el detector (tiempo de retención) escaracterístico de la sustancia en cuestión y sirve para su identificación.La intensidad de la señal del detector en una medida de concen-tración en volumen del componente en el gas.

Analizadores de líquidosAnalizadores de líquidos

Nutrientes: Amonio, nitrato, fosfato.Nutrientes: Amonio, nitrato, fosfato.

Parámetros totales: fósforo total, TOC Parámetros totales: fósforo total, TOC (carbono orgánico total, materia orgá-(carbono orgánico total, materia orgá-nica disuelta.nica disuelta.

Turbiedad y sólidos, cloruros, dióxido de Turbiedad y sólidos, cloruros, dióxido de cloro, alcalinidad, acidez, pH. ORP, entre cloro, alcalinidad, acidez, pH. ORP, entre otros.otros.

DurezaDureza

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