alert icon
Este sitio Web no admite Internet Explorer 8. Por favor, actualice su versión de Internet Explorer o utilice un navegador más actualizado.
Ocultar mensaje hide icon

Cómo Utilizar un Regulador para Reducir el Retardo en un Sistema de Instrumentación Analítica | Punto de Referencia

 reguladores

Cómo Utilizar un Regulador para Reducir el Retardo en un Sistema de Instrumentación Analítica

3 de Abril, 2019 | Jon Kestner, Director de Producto

Las mediciones en los procesos son instantáneas, pero las respuestas de los analizadores nunca lo son. Desde la válvula de entrada al analizador, siempre hay un retardo. Lamentablemente este retardo es frecuentemente desestimado o no se entiende.

En los sistemas de toma de muestras analíticos, el retardo se define como el tiempo que tarda una muestra nueva en llegar al analizador. Una forma de controlar el retardo es utilizar un regulador. Los reguladores controlan la presión, y la presión en un sistema analítico está estrechamente relacionada con el tiempo. En los sistemas de gases con un caudal controlado, cuanto menor sea la presión, menor será el retardo.

El retardo puede producirse en cualquiera de los componentes importantes de un sistema de instrumentación analítica, incluyendo la línea de proceso, la válvula y la sonda, la estación de preacondicionamiento, la línea de transporte, el sistema de acondicionamiento de la muestra, el sistema de selección de corrientes y el analizador. El gráfico de abajo es un ejemplo de la sección básica de un sistema de toma de muestras para analizador de procesos.

Y el retardo es acumulativo. Es el tiempo total que tarda un fluido en pasar desde el proceso que se está monitorizando hasta el analizador. Por ahora nos concentraremos en la estación de preacondicionamiento y el importante papel del regulador en la reducción del retardo.

analizador-muestreo-sistema-diagrama

Antes de la Estación de Preacondicionamiento

Para minimizar el retardo se empieza con la ubicación de la válvula. Lo mejor es ubicar el picaje lo más cerca posible del analizador del proceso, pero también aguas arriba de fuentes de retardo como depósitos, tanques, volúmenes muertos, líneas estancadas y equipos obsoletos o redundantes.

Si la muestra es un líquido, la presión en la válvula de entrada debe ser suficiente como para impulsar la muestra por las líneas de transporte o el lazo rápido sin utilizar una bomba— un componente caro que añade variables de rendimiento.

En muchos casos Vd. no puede decidir dónde ubicar la válvula. Y tiene que adaptarse a una válvula ya instalada y, frecuentemente también a una caseta de analizadores ya instalada. Si la válvula está a gran distancia del analizador, se recomienda utilizar un lazo rápido para entregar rápidamente el fluido al analizador, y devolver la parte no utilizada a proceso.

En la mayoría de los sistemas de instrumentación analítica, otra fuente de retardo es la sonda. A mayor volumen de la sonda, mayor retardo. El volumen depende tanto de la longitud como de la anchura de la sonda. Si quiere reducir el retardo, elija una sonda de bajo volumen.

En la Estación de Preacondicionamiento

En los casos en que el analizador necesita una muestra líquida, no se utiliza regulador en la estación de preacondicionamiento. Lo mejor es mantener los líquidos a alta presión para evitar la formación de burbujas. Si la muestra es un gas, se utiliza una estación de preacondicionamiento para reducir la presión en las líneas de transporte.

El retardo se reduce en proporción directa a la presión absoluta. A la mitad de la presión el retardo se reduce a la mitad. La estación de preacondicionamiento se instala lo más cerca posible de la válvula. Y cuanto antes se reduzca la presión, mejor. Veamos tres posibles aplicaciones para un regulador en la estación de preacondicionamiento. En cada una, el regulador se configura ligeramente diferente.

Aplicación de Regulador #1

p> En la primera aplicación el objetivo es reducir la presión del gas. No se prevé que la pérdida de carga produzca condensación. Por tanto un reductor de presión sencillo será suficiente. Un regulador reductor de presión mantiene una presión de consigna constante. Un sensor, normalmente un diafragma o un pistón, se mueve en respuesta a la presión aguas abajo, permitiendo al elemento de control, normalmente un obturador cónico, modificar el área de caudal del orificio a través del cual pasa el gas. A medida que el sensor se eleva en respuesta a un aumento de la presión, el elemento de control se acerca al asiento del regulador reduciendo el área del orificio. Si el sensor desciende por una reducción de la presión, el orificio se hace mayor. En la mayoría de los reguladores analíticos, un mando permite al operador ajustar la presión de salida comprimiendo o relajando un muelle de ajuste que controla las reacciones del sensor a la presión de salida.

 

En aplicaciones donde la presión de entrada no tiene grandes variaciones o donde la compatibilidad química es importante, lo ideal es un diafragma metálico. Pero, en aplicaciones donde la presión puede ser variable o tener picos es más adecuado un regulador de pistón.

Aplicación de Regulador #2

En la segunda aplicación de regulador, se prevé que la pérdida de carga producirá condensación. Con la pérdida de carga, casi todos los gases pierden energía, algo conocido como el efecto Joule-Thomson—que produce enfriamiento. Si el gas se acerca a su punto de rocío, el enfriamiento puede provocar condensación. En algunos casos, la pérdida de calor puede ser lo suficientemente grande como para provocar la condensación y potencialmente congelar el regulador. Dado el efecto de Joule-Thomson, puede ser necesario un regulador caldeado para mantener la temperatura del gas por encima del punto de rocío. Un regulador caldeado es un regulador reductor de presión en el que el fluido del sistema fluye por encima de un elemento caliente. Se necesita un calefactor de cartucho.

Es posible calcular la cantidad de energía (o potencia) necesaria del calefactor y especificar así el calefactor del rango de potencia adecuado. Todos los gases tienen un coeficiente Joule-Thomson, que se conjuga en una fórmula junto a la pérdida de carga y el caudal del gas para producir la cantidad de vatios necesaria.

Aplicación de Regulador #3

En la tercera aplicación de regulador, un líquido debe pasar a fase gas antes de ser analizado por un cromatógrafo de gases u otro analizador. En este caso se necesita un regulador vaporizador. Los reguladores vaporizadores pueden ser difíciles de seleccionar, pero pueden ser una forma fiable de preparar una muestra líquida si están bien dimensionados e instalados. El objetivo de un regulador vaporizador es convertir instantáneamente toda la muestra en un gas para asegurar que la muestra vaporizada es representativa del líquido de proceso.

En el caso de los reguladores vaporizadores se debe prestar mucha atención a la temperatura y al caudal del vapor. Si el caudal es demasiado alto, la muestra será parcialmente vaporizada, y partes líquidas de ésta fluirán por el regulador hacia el analizador. Si la temperatura del vaporizador es demasiado alta, la muestra líquida aguas arriba será vaporizada.

 regulador-bypass-loop-diagrama

Finalmente, asegúrese de ajustar el regulador vaporizador correctamente para evitar aumentar considerablemente el retardo. Cuando el fluido pasa de líquido a gas, el volumen aumenta dramáticamente. El grado de aumento dependerá del peso molecular del líquido. Normalmente el caudal del vapor medido tras el regulador es de >300 veces el caudal del líquido antes del regulador vaporizador. Por ejemplo, con un caudal de vapor de 600 cm3/min, el caudal de líquido puede ser inferior a 2 cm3/min. En ese caso, el líquido tardará 25 minutos en pasar por 3 metros (aproximadamente 10 pies) de tubo de 6mm (1/4 pulg.). Para reducir ese tiempo debemos reducir el volumen del tubo que llega al regulador. Por ejemplo, con solo 30,5 cm (un pie) de tubo de 3,2 mm (un octavo de pulgada), el líquido solo tardaría 30 segundos en llegar al regulador. A este tiempo, no obstante, debemos sumar el retardo en la sonda. Cuanto más estrecha sea la sonda más rápida será la respuesta.

Otra forma de conseguir una respuesta más rápida es instalar el vaporizador más cerca del analizador, con la ayuda de un lazo rápido líquido. En el gráfico de abajo, el regulador está ubicado después del filtro del lazo rápido, con un segundo lazo bypass lento de líquido que asegura que un buen caudal fluye hasta el regulador vaporizador. La finalidad es minimizar la opción de que lleguen volúmenes lentos de líquidos al regulador vaporizador.

Un regulador es una herramienta crítica para gestionar el retardo en un sistema analítico. En un sistema de gas, cuanto más baja sea la presión más rápido será el tiempo de respuesta. En general, cuanto antes se pueda reducir la presión en un sistema, mejor. En los casos en que un líquido es vaporizado, piense en un lazo rápido líquido para mantener el líquido en movimiento hacia el regulador vaporizador. La estación de preacondicionamiento es una parte de un complejo sistema de instrumentación analítica en la que se puede reducir significativamente el retardo, pero el planteamiento del retardo debe ser siempre más amplio. Para reducir el retardo se deben analizar todas las causas potenciales posibles del sistema.

Aprenda cómo administrar el tiempo de retardo de su sistema analítico

Artículos relacionados

4 Áreas a Inspeccionar al Medir el Retardo en los Sistemas de Toma de Muestras

4 Áreas a Inspeccionar al Medir el Retardo en los Sistemas de Toma de Muestras

En un sistema de analizador de procesos, siempre hay un retardo antes de obtener una lectura. Desestimar el retardo puede provocar un control de proceso deficiente. Aprenda cuatro áreas que se deben inspeccionar atentamente para reducir los retardos.

sistemas-de-toma-de-muestra

Por qué No han Mejorado los Sistemas de Toma de Muestra— Las Tres Razones Principales

The en los últimos 50 años, los analizadores de proceso han mejorado considerablemente— pero no los sistemas de toma de muestra. Afortunadamente la mayoría de los problemas se deben al error humano y pueden ser corregidos con la adecuada formación. Conozca tres razones por las que los sistemas de toma de muestra fallan y las soluciones para su planta.

sistema-analítico-swagelok

Entender y Medir el Retardo en un Sistema de Instrumentación Analítica

Las mediciones de proceso son instantáneas, pero no las respuestas del analizador. El retardo en los sistemas de toma de muestras es la causa más común de resultados imprecisos en los analizadores de procesos. Aprenda cómo entender y reducir el retardo en sus sistemas analíticos.