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

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

Mike Strobel, Supervisor de Ingeniería de Campo

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 subestimado 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. En otro artículo del blog se explica cómo funciona el retardo y ofrece los consejos para minimizarlo a alto nivel, pero en este artículo nos centraremos en cómo controlar el retardo con un regulador de presión. 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.

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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 un sistema de toma de muestras para analizador de procesos habitual.

Typical process analyzer system

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. Puede saber más sobre cómo medir el retraso temporal aquí. Por ahora nos concentraremos en la estación de preacondicionamiento y el importante papel que juega un regulador en la reducción del retardo.

Tap location before the field stationAntes de la Estación de PreacondicionamientoSwagelok Field Station Module

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

Si la muestra es un líquido, la presión en el picaje 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 el picaje. Y tiene que adaptarse a una válvula ya instalada y, frecuentemente también a una caseta de analizadores ya instalada. Si el picaje 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.

Use a field station to reduce pressure in transport lines.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.

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Regulator application #1Aplicación de Regulador #1

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.

Diaphragm vs. Piston Sensing Regulator
Regulador de Diafragma vs Regulador de Pistón

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.

Regulator application #2Aplicación 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 JouleThomson– 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.

Joule-Thomson cooling effect

Regulator application #3Aplicación 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. Puede conocer mejor la gestión de la vaporización en los sistemas de toma de muestra aquí.

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 es 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 (1 pie) de tubo de 3,2 mm (1/8 pulg.), 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.

Make the Right Regulator Choices to Diminish DelayElija los Reguladores Adecuados para Reducir el RetardoVaporizer Liquid Bypass on Fast Loop

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 de gas, 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.

Si tiene problemas con el retardo en sus sistemas analíticos, además de seguir los consejos anteriores en relación a la selección de los reguladores, hay otros lugares a los que puede dirigirse para obtener asistencia. Tenemos disponibles varios cursos de formación sobre sistemas de toma de muestra impartidos por expertos en la materia, tenemos disponibles subsistemas analíticos prediseñados y diseñados de acuerdo con las mejores prácticas, y nuestro equipo de ingeniería de campo también puede desplazarse a planta para ayudarle a identificar y solucionar los problemas de sus sistemas analíticos. Para más información o para empezar a hablar sobre cómo reducir el Retardo en su sistema analítico, haga clic en el botón de abajo.

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