Simplifique el Muestreo con Módulos Pre-diseñados de Sonda, Calibración y Conmutación

Módulos de Sonda de Muestreo y Más Formas de Simplificar el Muestreo con Subsistemas Estándar

Karim Mahraz, Swagelok product manager, analytical instrumentation

Los subsistemas pre-diseñados estándar pueden aportar eficiencia a una operación al simplificar el diseño de sistemas de muestreo y control de fluidos. El uso de sistemas estándar tiene el beneficio adicional de reducir significativamente los costos de instalación, el tiempo de inactividad y el mantenimiento en general, permitiendo a los gerentes de plantas e instalaciones adquirir y ensamblar piezas mientras garantizan la coherencia entre instalaciones, incluso entre continentes.

En última instancia, los gerentes de plantas e instalaciones están ahorrando tiempo, esfuerzo y energía que pueden reutilizarse para mejorar la eficiencia y reducir costos en otras áreas de la planta.

A continuación se muestran los tipos comunes de subsistemas que pueden mejorar el rendimiento de sus sistemas de muestreo, y cómo cada uno puede trabajar para mejorar la eficiencia en su sistema de muestreo.

Módulos de Calibración y Conmutación (CSM)

La función principal del CSM es acondicionar y seleccionar corrientes de proceso, o seleccionar una corriente de calibración para análisis. Como mínimo, cada sistema debe tener dos entradas: dos entradas de corriente de proceso, o una entrada de corriente de proceso y una entrada de corriente de calibración. El sistema selecciona un fluido para análisis en respuesta a una señal de presión neumática de una fuente externa, típicamente el analizador. La señal abre uno de los módulos de válvula de doble bloqueo y purga del selector de corriente (SSV) correspondiente a la corriente que contiene el fluido a analizar. El uso de un CSM, como el ofrecido por Swagelok, ofrece varias ventajas adicionales, incluyendo:

• Una variedad de configuraciones de acondicionamiento de muestra disponibles para cumplir con los requisitos de la aplicación.
• Una opción de calibración manual que permite al operador calibrar el analizador en cualquier momento.
• Identificación de corriente codificada por colores: las entradas de corriente de proceso siempre serán azules, las corrientes de calibración naranjas, el bypass verde y la salida blanca.
• Un diseño de bucle de flujo integrado para garantizar tiempos de entrega consistentes al analizador en todas las corrientes y eliminar cualquier tramo muerto o posibilidad de contaminación cruzada entre corrientes.
• Una brecha de aire ventilada que previene la posibilidad peligrosa de que el aire neumático se mezcle con el fluido del sistema bajo presión.
• Un diseño modular que permite un mantenimiento fácil. Los componentes individuales pueden retirarse del ensamblaje aflojando cuatro tornillos accesibles desde la parte superior del panel. No hay riesgo de desensamblar accidentalmente toda la unidad o perturbar otras conexiones de fluido.
• Una opción de bypass que permite alto flujo y, por consiguiente, reducción del retraso de tiempo de muestra al CSM.

Dependiendo de la aplicación, un módulo de bucle rápido (explicado con más detalle a continuación) puede suministrar al CSM flujo desde un filtro de bypass de bucle rápido para mejorar el tiempo de respuesta al analizador. El CSM puede incorporar bypasses adicionales que pueden devolverse a la línea de proceso, a través del bucle rápido o por separado, o enviarse a un sistema de eliminación. El número de entradas estará determinado por el número de muestras y líneas de calibración enviadas a un solo analizador.

Módulos de Sonda de Muestreo (SPM)

El uso de módulos de sonda de muestreo junto con válvulas de sonda de muestreo (SPV) puede mejorar la seguridad, así como la pureza y puntualidad de la muestra. Una sonda proporciona una respuesta más rápida del analizador al reducir el volumen del sistema de muestra. El volumen de la boquilla puede ser significativo, aumentando el volumen de purga requerido de todo el sistema de muestra. Además, la sonda permite extraer la muestra del centro de la tubería de proceso, lo que elimina la extracción de lodo a lo largo de las paredes de la tubería. Además, el uso de cortes en ángulo de 45° desde la sonda reduce en gran medida la cantidad de partículas extraídas al sistema de muestra. Ambas características ayudan a garantizar que la sonda extraiga una muestra representativa del proceso.

Por estas razones, se recomienda usar una sonda en tuberías mayores a 2 pulg. (50 mm). Esto es especialmente crítico para tuberías mayores a 4 pulg. (100 mm). Los diseños de sonda pueden variar en longitud, diámetro, espesor de pared y materiales de construcción. Estos parámetros afectarán la resistencia de la sonda, su capacidad de filtrado y la velocidad de flujo interna. Sondas soldadas más gruesas y grandes soportarán más impacto de flujos de proceso altos pero ofrecen velocidades de flujo más lentas a través del diámetro interno mayor. Sin embargo, esta velocidad de flujo más lenta permite que más partículas caigan fuera de la sonda en lugar de continuar hacia el sistema de muestra. Sondas retráctiles más pequeñas no son tan fuertes como las sondas soldadas, pero su volumen interno más pequeño proporciona velocidades de flujo más rápidas al analizador. Obtenga más información sobre los Módulos de Sonda de Muestreo Swagelok aquí.

Módulos de Bucle Rápido (FLM)

Los módulos de bucle rápido están diseñados para manejar flujos altos en líneas de transporte de muestra para reducir retrasos de tiempo en sistemas de analizadores en línea. Ubicados en el refugio del analizador y ofreciendo un bypass, el módulo de bucle rápido (FLM) puede aislar el sistema de muestra e introducir un gas de purga para la limpieza del sistema. El FLM de Swagelok extrae una muestra a través de un filtro mientras utiliza la alta tasa de flujo del bypass para mantener limpio el elemento del filtro.

Un bucle rápido necesita dos tomas de proceso: una para suministro de muestra y otra para retorno de muestra. Para evitar el costo de una bomba de muestra y mejorar la fiabilidad del sistema de muestreo, seleccione una ubicación de punto de retorno que tenga menor presión que la toma de suministro. Elija ubicaciones de tomas de proceso lo más cerca posible del analizador. Si la muestra contiene un gas condensable, caliente las líneas de bucle rápido y el FLM por encima de la temperatura de punto de rocío de la muestra a presión de proceso. Una muestra líquida solo necesitará calentarse si es necesario para evitar que se congele.

Módulos de Estación de Campo (FSM)

Un módulo de estación de campo (FSM) reduce la presión del gas de proceso antes de transportarlo a un analizador. Transportar una muestra de gas a baja presión ofrece tres beneficios principales:

• Tiempo de respuesta del analizador más rápido: En una línea de alta presión con control de flujo aguas abajo, las moléculas de gas están más densamente pobladas, lo que crea una velocidad de flujo más lenta y tiempos de purga más largos. Reducir la presión de una muestra de gas significa menos moléculas en la línea de transporte de muestra y componentes de acondicionamiento de muestra; por lo tanto, es más fácil purgar el sistema, y el analizador puede responder más rápido a los cambios de proceso. La cantidad de gas retenida en la línea de transporte es proporcional a su presión absoluta. A la mitad de la presión absoluta, hay la mitad de moléculas de gas en la línea, entonces, todo lo demás siendo igual, toma la mitad de tiempo para que una muestra fresca llegue al analizador. Típicamente, un FSM se usa cuando la presión de proceso es de 3 bar (manométricos) (43.5 psig) o superior.
• Menos condensación: La humedad relativa de un gas es directamente proporcional a la presión parcial de vapor de agua en la mezcla. Una humedad relativa (o saturación) del 100% representa la presión parcial máxima de vapor de agua posible a una temperatura de trabajo. Por lo tanto, si el vapor de agua en cualquier mezcla de gas alcanza el 100% de su límite de saturación, el vapor de agua comenzará a condensarse en una línea de transporte de muestra. Para evitar la condensación en el muestreo de gas, el FSM reduce la presión parcial de cada gas en la muestra de mezcla. Una forma de reducir la presión parcial de cada gas es reducir la presión general del sistema; la presión parcial de cada gas cae en proporción al cambio de presión general. Por ejemplo, si la presión absoluta de una muestra se reduce a la mitad, la presión parcial de cada gas en la mezcla se reduce a la mitad también, lo que resulta en la mitad de la saturación de agua en la muestra. El uso de un FSM reduce significativamente la posibilidad de que se forme condensación en la línea de transporte de muestra.
• Entorno más seguro: Si un sistema se ve comprometido, el gas presurizado se expandirá a presión atmosférica rápidamente y puede causar daño al sistema o lesiones personales. La relación de expansión volumétrica es directamente proporcional a la disminución de la presión absoluta. En sistemas de alta presión sin módulos de estación de campo, la expansión puede ser tan grande que el resultado es explosivo en naturaleza. Instalar un FSM en el punto de muestreo de proceso significa que una sección más pequeña del sistema de muestra está expuesta a alta presión, resultando en un entorno general más seguro.

Cabeceras de Distribución de Fluidos (FDH)

Las cabeceras de distribución de fluidos son ensamblajes de componentes comunes utilizados en una variedad de aplicaciones de gas y líquido. Una FDH proporciona una ruta de flujo mientras permite múltiples salidas, actuando como un gran racor de derivación. Una cabecera de distribución de fluidos se caracteriza por una entrada en un extremo y un drenaje en el otro extremo con múltiples salidas en los lados. Las cabeceras de distribución de fluidos típicas se fabrican a partir de una pieza de tubería o barra y presentan conexiones finales soldadas o roscadas.

Como colector o cabecera de distribución, una FDH conecta varios usuarios a la fuente de un fluido de servicio. Aplicaciones típicas incluyen:

• Agua de refrigeración
• Vapor
• Aire comprimido
• Nitrógeno de planta

En una casa de analizadores típica, por ejemplo, una FDH es una cabecera de aire de instrumento, otra FDH es la cabecera de nitrógeno de planta, y otra FDH es la cabecera de vapor de baja presión. Si es necesario, múltiples subsistemas FDH pueden atornillarse juntos, extremo a extremo, para hacer recorridos de cabecera más largos.

Típicamente, una FDH tiene una válvula de aislamiento principal y varias salidas, cada una con su propia válvula de aislamiento. Para gases potencialmente húmedos, como aire comprimido o vapor, es mejor instalar la FDH verticalmente con una válvula de drenaje en la parte inferior. Para servicio líquido, es mejor instalar la FDH verticalmente con la entrada en la parte inferior y la válvula superior actuando como ventilación para eliminar aire atrapado o permitir la entrada de aire para drenar la FDH durante el mantenimiento.

Para consultas o más información sobre los subsistemas pre-diseñados estándar de Swagelok u otros servicios de evaluación y asesoramiento de fluidos, contacte a su centro de ventas y servicio local.