Los 8 principales desafíos de precisión en analizadores de proceso y cómo superarlos

Sistemas de muestreo: 8 desafíos comunes que afectan la precisión del analizador

Tony Waters, experto en sistemas de muestreo e instructor

Los sistemas de muestreo se encuentran entre los más complejos de una planta. Integran numerosos componentes y procesos que deben trabajar en conjunto para producir una lectura analítica de las condiciones de la corriente de proceso. Esa lectura debe ser precisa y oportuna, ya que se utilizará para alcanzar los objetivos de control de la planta. Sin embargo, los ingenieros y técnicos saben que un sistema de muestreo puede ser caprichoso. Cada elemento del sistema tiene el potencial de afectar la precisión del analizador. Para ayudar a su equipo a mejorar la fiabilidad del analizador, los ingenieros de campo de Swagelok han identificado ocho desafíos comunes que impactan la exactitud del sistema.

Impacto en la precisión del analizador

Los errores de diseño en los sistemas de muestreo pueden comprometer la integridad de la muestra al afectar lo siguiente:

• Representatividad: Los defectos de diseño pueden hacer que la muestra no represente fielmente el proceso e incluso distorsionen la composición química del fluido de forma impredecible. El sistema requiere una muestra representativa para garantizar que la medición cumpla los objetivos de control.
• Oportunidad: Si se produce un retardo excesivo entre la toma de la muestra y la obtención de la lectura del analizador, la planta arriesga pérdida de producto o costosos reprocesos para corregir un error de producción. El tiempo de respuesta estándar en la industria es de un minuto.
• Compatibilidad: Si la temperatura, presión, caudal y/o estado no coinciden con los requisitos del analizador, la muestra puede dañar el equipo o comprometer su precisión. Además, resultados precisos ayudan a mantener un entorno seguro al señalar condiciones de operación potencialmente peligrosas.

Identificación y solución de los desafíos comunes

Desafío 1: Ubicación inadecuada del punto de toma

Elegir la ubicación del punto de toma es una decisión matizada. Un objetivo es evitar el retardo. Si el punto está en una sección de bajo caudal de la tubería, tardará más en reflejarse cualquier cambio en los químicos del proceso en el resultado analítico. Los volúmenes de mezcla, como el fondo de una torre, un tanque o un tambor, también son una gran fuente de retardo. Además, los diseñadores deben elegir una ubicación donde la muestra esté bien mezclada, como aguas abajo de la turbulencia inducida por una descarga de bomba, un orificio de caudal o una curvatura de tubería.

Desafío 2: Uso incorrecto de la sonda

Al usar una sonda para capturar la muestra, idealmente debe ser lo suficientemente larga para alcanzar el tercio medio de la tubería, de modo que se extraiga una muestra representativa. También se obtiene un resultado más oportuno cerca del centro porque el flujo es más rápido. Sin embargo, siempre se debe calcular la longitud máxima permitida para asegurar que la sonda no sufra vibración resonante. A veces basta con una inserción del 15 % del diámetro de la tubería. La sonda no debe ser más ancha de lo necesario, ya que volúmenes grandes generan retardo. Si solo se usa una boquilla sin sonda, el sistema probablemente tendrá un volumen mucho mayor, lo que conlleva un retardo significativo.

Desafío 3: Diseños incorrectos de la estación de campo

Con una muestra de gas, los diseñadores querrán reducir la presión lo antes posible (a 10-15 psig, o incluso 5 psig si el diseño lo permite). Los gases a alta presión se mueven más lentamente porque las moléculas están muy juntas, lo que genera retardo. Además, la baja presión reduce el riesgo de condensación, algo que se debe evitar porque no es compatible con muchos analizadores de gas y compromete la representatividad. Otra razón para mantener baja la presión es la seguridad de operadores y técnicos.

Un regulador en la estación de campo reduce la presión de la muestra, permitiendo que fluya más rápido hacia el analizador.

Desafío 4: Omitir el bucle rápido

Al vaporizar una muestra líquida, el sistema puede necesitar un bucle rápido o bypass aguas arriba del regulador vaporizador. De lo contrario, la muestra líquida puede fluir demasiado lento, generando retardo porque un pequeño volumen de líquido produce un gran volumen de gas. Sin bucle rápido, puede haber más de 100 mL de líquido de movimiento lento aguas arriba del regulador, lo que podría causar retardos de muchas horas.

Desafío 5: Ramales muertos

Los ramales muertos comprometen la representatividad al almacenar moléculas de muestra antigua y liberarlas lentamente en la nueva. Cualquier tee o cruce en la línea de muestra es un ramal muerto, a menos que todos sus puertos estén fluyendo. Ejemplos incluyen manómetros, interruptores, válvulas de alivio o puntos de toma de laboratorio. Los ramales muertos son más problemáticos al cambiar de una corriente de alta concentración a una de baja concentración, y a bajo caudal. Los ramales en la línea directa al analizador deben moverse o eliminarse.

Desafío 6: Contaminación cruzada entre corrientes

Una sola válvula de tres vías no es una barrera suficiente entre el fluido de calibración y la muestra. Con esta disposición, el fluido de calibración puede filtrarse a través del asiento y contaminar la muestra, o más probablemente, la muestra del proceso puede filtrarse en el fluido de calibración. Cualquiera de los dos escenarios arruina el análisis. Una configuración mejor es doble bloqueo y purga, que garantiza que cualquier fuga de un puerto bloqueado vaya a una línea de purga o ventilación y no a la muestra.

Desafío 7: Temperatura y presión inadecuadas

Tenga cuidado con los cambios de fase en sus muestras, ya que se debe evitar un cambio de fase parcial. Las muestras de fase mixta no son representativas y probablemente no son compatibles con su analizador. No es difícil determinar si su muestra está cambiando de fase. Un programa de software puede generar un diagrama de fases para la composición química de su sistema. Como regla, mantenga las muestras de gas por encima del punto de rocío (para que no condensen) y las líquidas por debajo de su punto de burbuja (para que los componentes más ligeros no se evaporen). Si calienta su línea, debe calentarla toda, porque incluso unos centímetros sin calentar pueden bajar la temperatura y causar condensación. Procure mantener los gases unos 20 °C por encima del punto de rocío.

Desafío 8: Acondicionamiento inadecuado de la muestra

En un sistema de acondicionamiento, se desea eliminar líquidos de una muestra de gas porque pueden dañar el analizador y comprometer el resultado. Las gotas grandes en una muestra de gas pueden eliminarse por gravedad (mediante un pote de decantación o tubo de caída) o por inercia (mediante separador cinético o ciclón). Pero las gotas muy finas en suspensión como aerosol requieren un coalescedor. Es importante entender que los coalescedores no filtran gotas grandes. Además, si el caudal es demasiado alto, las gotas más pequeñas atravesarán los elementos del coalescedor y no gotearán como deberían. Finalmente, al salir del coalescedor, la muestra estará saturada, cerca del punto de rocío y propensa a condensar de nuevo. Ayuda alejarse del punto de rocío elevando la temperatura o bajando la presión. Puede crear una caída de presión con una válvula de aguja.

Para más información sobre cómo identificar y abordar amenazas a la precisión del analizador en sistemas de muestreo, explore los cursos prácticos de formación de Swagelok o contacte su centro de ventas y servicio local para obtener una copia de Industrial Sampling Systems, el libro de texto en que se basan los cursos de Swagelok.