La medición del proceso es en tiempo real, pero la respuesta del analizador no puede ser en tiempo real. Siempre hay un retraso desde el puerto de muestreo hasta el analizador. Desafortunadamente, este retraso a menudo se subestima o se malinterpreta.

En el sistema de muestreo de análisis, el retraso se define como el tiempo necesario para que una nueva muestra viaje al analizador.

¿A qué se debe el retraso? ¿Cómo acortar el retraso?
El retraso dentro del sistema de muestra es una causa común de resultados incorrectos en el analizador de procesos. La medición del proceso es en tiempo real, mientras que la respuesta del analizador no. Siempre hay un retraso desde el puerto de muestreo hasta el analizador. Como se muestra en la figura siguiente, puede haber retrasos en las siguientes partes del sistema de instrumentos analíticos (AI): tuberías de proceso, puertos y sondas de muestreo, estaciones de campo, tuberías de transporte, sistemas de ajuste de muestras, sistemas de conmutación de flujo y analizadores.

Es importante comprender que la latencia es acumulativa. El retraso de tiempo incluye el tiempo total que tarda el fluido en viajar desde la tubería del proceso hasta el analizador, incluido el tiempo necesario para el análisis final. Por ejemplo, si un cromatógrafo de gases tarda cinco minutos en analizar una muestra, entonces estos cinco minutos deben sumarse al retraso del sistema de ajuste de la muestra y del sistema de conmutación de flujo, así como al retraso de la tubería de transporte, en- estación del sitio, puerto de muestreo y sonda. Luego, en base al tiempo anterior, también se debe agregar el tiempo requerido para viajar desde el dispositivo de proceso donde se monitorea el fluido hasta el puerto de muestreo. Este es el tiempo total requerido desde el dispositivo de proceso monitoreado hasta el analizador calculado.

Desafortunadamente, este retraso a menudo se subestima, no se tiene en cuenta o se malinterpreta. En muchos casos, los expertos y técnicos en analizadores suelen pasar por alto este retraso y se centran en cómo hacer que la muestra sea adecuada para el analizador. Los expertos en analizadores pueden asumir que las mediciones del análisis son en tiempo real. Sin embargo, los sistemas de muestreo a menudo no cumplen con los estándares de la industria en cuanto a tiempo de respuesta de un minuto, lo que genera amplias oportunidades de retrasos. Incluso para tiempos de ciclo largos, el retraso debe minimizarse tanto como sea posible. Sin embargo, los retrasos que van más allá de los estándares de la industria no necesariamente traen problemas. El ingeniero de procesos debe determinar el retraso aceptable en función de la dinámica del proceso.

Cuando el retraso excede el tiempo esperado por el diseñador del sistema, se convierte en un problema. Una estimación inexacta del retraso o suposiciones incorrectas pueden conducir a un control deficiente del proceso. Comprender las causas de la latencia y aprender a calcular o estimar la latencia dentro de un rango de error razonable puede reducir la latencia y mejorar la capacidad de respuesta general del sistema.

Disponga razonablemente tuberías de proceso, puertos de muestreo, circuitos rápidos y tuberías de transporte para lograr una implementación eficiente.

Para reducir la latencia, el puerto de muestreo generalmente debe colocarse cerca del analizador, aunque esto no siempre es factible. El puerto de muestreo debe ubicarse aguas arriba de fuentes de retraso, como barriles, tanques, rincones sin salida, tuberías estancadas, equipos redundantes y equipos obsoletos (dichos equipos deben eliminarse gradualmente para mejorar la fluidez). En algunos casos, debido a los factores mencionados anteriormente, no es posible especificar la ubicación del puerto de muestreo cerca del analizador de procesos. Si la distancia entre el puerto de muestreo y el analizador es grande, se recomienda utilizar un circuito rápido para mejorar la velocidad de suministro de fluido al analizador. Si se diseña correctamente, el caudal en el circuito rápido será mucho más rápido que el caudal a través de la tubería del analizador.

Para muestras de gas, se pueden utilizar estaciones de trabajo in situ para reducir la presión en la tubería de transporte o en el circuito rápido. Con el mismo caudal, el retraso en la tubería de transporte disminuye proporcionalmente a la disminución de la presión absoluta. Cuando la presión se reduce a la mitad, el retraso también disminuye a la mitad. La estación de trabajo in situ debe estar lo más cerca posible del puerto de muestreo. Cuanto antes sea el momento de reducir la presión arterial, mejor.

Para muestras líquidas, no es aconsejable utilizar estaciones de trabajo ajustables en el sitio. El líquido debe mantenerse a alta presión para evitar la formación de burbujas. Cuando es necesario convertir la muestra líquida en gas antes del análisis, se puede utilizar una válvula reguladora de presión de vaporización en la estación de trabajo in situ. Sin embargo, esto dará como resultado una cantidad considerable de latencia. Cuando un líquido se transforma en gas, su volumen se expandirá dramáticamente. La tasa de expansión depende del peso molecular del líquido.

Generalmente, el caudal de vapor medido después de la válvula reguladora de presión será mayor que 300 veces el caudal de líquido antes de la válvula reguladora de presión de vaporización. Por ejemplo, cuando el caudal de vapor es de 500 cm3/min, el caudal de líquido puede ser inferior a 2 cm3/min. Por lo tanto, el líquido tarda 25 minutos en fluir a través de una manga de 10 pies y un cuarto de pulgada. Para acortar este periodo de tiempo, debemos reducir el volumen del manguito delante de la válvula reguladora de presión. Por ejemplo, cuando se utiliza un manguito de sólo un octavo de pulgada de largo, el líquido puede llegar a la válvula reguladora de presión en sólo 30 segundos. Sin embargo, este tiempo también debe incluir el retraso dentro de la sonda. Cuanto más delgada sea la sonda, más rápida será la respuesta.

Otra forma de lograr una respuesta más rápida es instalar la válvula reguladora de presión de vaporización lo más cerca posible del analizador. Instale la válvula reguladora de presión después del filtro del circuito rápido y use otro circuito rápido de líquido para asegurar un flujo positivo antes de vaporizar la válvula reguladora de presión. El propósito de este diseño es minimizar tanto como sea posible la cantidad de líquido lento que llega a la válvula reguladora de presión.

Cambio de flujo de muestra

Para evitar retrasos en la medida de lo posible, el componente de cambio de flujo de muestra debe funcionar rápidamente y enjuagar las muestras antiguas rápidamente mientras entrega el nuevo flujo al analizador. La construcción de válvulas de doble cierre y doble descarga (DBB) actualmente adopta componentes tradicionales o un diseño modular pequeño, que puede proporcionar conmutación del flujo de muestra con pequeños ángulos muertos y sin contaminación del flujo cruzado causada por fugas de la válvula.


El DBB tradicional adopta una construcción DBB en serie, como se muestra en la siguiente figura. La serie DBB elimina los rincones muertos mediante el uso de una segunda válvula de cierre en lugar de un conector en T.

Cuando se utiliza la construcción de la serie DBB, se deben considerar los problemas de la ruta del flujo, ya que esta construcción puede provocar una caída de presión y una velocidad de flujo más lenta. La caída de presión se puede estimar consultando el Cv (índice de resistencia al flujo) del producto. Cuanto menor sea el Cv, mayor será la caída de presión, lo que resultará en una disminución del caudal.

En la construcción en cascada DBB, el flujo de muestra principal (flujo de muestra 1) no causa una caída de presión excesiva, pero el flujo de muestra 2, el flujo de muestra 3, etc. conducirán a una caída de presión cada vez mayor y canales de flujo más largos, prolongando así gradualmente el tiempo de viaje. a la salida. El resultado son diferentes tiempos de llegada para diferentes flujos, lo que dificulta establecer un tiempo de descarga uniforme para todos los flujos.

La construcción DBB que utiliza un circuito de flujo integrado (como se muestra en la figura siguiente) tiene todas las ventajas de la construcción de la serie DBB, al tiempo que garantiza que la caída de presión de todos los flujos de muestra sea pequeña y siempre estable. El Cv de todos los flujos y el tiempo de llegada de todos los flujos que se benefician de él son los mismos. Tenga en cuenta que la caída de tensión generada por un componente con un Cv de 0,3 es un tercio de la de un componente con un Cv de 0,1.

Sistema de ajuste de muestras

El sistema de ajuste de muestras filtra la muestra para garantizar que esté en la fase correcta y ajusta su presión, caudal y temperatura para preparar la muestra para el análisis. Para lograr estos objetivos dentro de limitaciones de espacio más pequeñas, este sistema utiliza muchos componentes relativamente pequeños, incluidos manómetros, válvulas reguladoras de presión, medidores de flujo de sección transversal variable, controladores de flujo, válvulas unidireccionales, válvulas de control, válvulas de bola, etc. Normalmente, los pequeños componentes modulares también se pueden aplicar a soluciones compactas en espacios reducidos. Los componentes montados en la parte superior se fabrican de acuerdo con el nuevo Programa de muestreo/sensor (NeSSI) y cumplen con la norma ANSI/ISA 76.00.02. Al igual que las válvulas de conmutación de flujo, el volumen interno no es tan importante como la caída de presión. A la hora de seleccionar componentes se debe comparar el Cv proporcionado por el fabricante.


Los filtros, tanques de separación de vapor-líquido, filtros coalescentes y otros componentes utilizados en el sistema de ajuste de muestras pueden mezclar la muestra nueva entrante con la muestra anterior, lo que genera retrasos significativos. Mejore el retraso enjuagando el filtro o retirándolo del tanque para eliminar el 95% de la muestra antigua. Desafortunadamente, esto requiere tres veces el volumen del componente para lavar. Se supone que la entrada y la salida son adyacentes, como se muestra en la siguiente figura.

Considere un filtro con su diseño de entrada y salida como se muestra en la figura. Si el caudal es de 100 cm3/min y el volumen del filtro es de 100 cm3, se necesitarán tres minutos para garantizar que se elimine el 95% de la muestra antigua. Por lo tanto, para garantizar la precisión de la muestra, se deben agregar tres minutos adicionales al calcular el retraso de este sistema de IA. Estas fórmulas de cálculo también son aplicables al volumen mezclado en la tubería del proceso.

analizador
Normalmente, un cromatógrafo de gases tarda de 5 a 10 minutos en analizar la muestra. La velocidad de los analizadores de infrarrojos y ultravioleta es mucho más rápida y el análisis se puede completar en segundos. Los expertos, técnicos o ingenieros del analizador deben comprender el tiempo necesario para que el analizador procese las muestras. Este período de tiempo debe sumarse al retraso total estimado desde el puerto de muestreo hasta el analizador mencionado anteriormente.

El retraso total calculado con la herramienta debe ser un valor estimado dentro de un rango de error razonable. Recuerde que es importante sumar todos los componentes que componen este retraso al tiempo total requerido desde el proceso monitoreado hasta el analizador.

¿Cómo utilizar una válvula reguladora de presión para controlar el retardo de tiempo?

La válvula reguladora de presión puede controlar la presión y la presión en el sistema de análisis está estrechamente relacionada con el tiempo. En un sistema de gas de flujo controlado, cuanto menor es la presión, más corto es el retraso.

Cualquier parte importante del sistema de instrumentos analíticos puede experimentar retrasos, incluidas las tuberías de proceso, los puertos y sondas de muestreo, las estaciones de trabajo en el sitio, las tuberías de transporte, los sistemas de ajuste de muestras, los sistemas de conmutación de flujo de muestras y los analizadores. La siguiente figura es un ejemplo de un sistema de muestreo de analizador de procesos típico.

El retraso es acumulativo. El retraso incluye el tiempo total requerido para que el fluido viaje desde el proceso monitoreado hasta el analizador. Ahora nos centraremos en el importante papel que desempeñan las estaciones de trabajo en el sitio y las válvulas reguladoras de presión para reducir las demoras.

Para minimizar el retraso tanto como sea posible, se debe tener en cuenta la posición del puerto de muestreo. El puerto de muestreo debe ubicarse lo más cerca posible del analizador de procesos y también debe ubicarse aguas arriba de fuentes de retraso en el proceso, como barriles, tanques, rincones sin salida, tuberías estancadas o equipos redundantes u obsoletos.

Al tomar muestras de líquidos, la presión en el puerto de muestreo debe ser suficiente para permitir que la muestra fluya a través de la tubería de entrega o del circuito rápido sin el uso de una bomba. Una bomba no sólo es un componente caro, sino que también aporta cambios de rendimiento adicionales.

En muchos casos, es posible que no pueda especificar la ubicación del puerto de muestreo. Es posible que deba utilizar la ubicación del puerto de muestreo original y, a menudo, solo puede utilizar la ubicación de instalación del analizador original. Cuando la distancia entre el puerto de muestreo y el analizador es grande, se recomienda utilizar un circuito rápido para acelerar la velocidad de entrega del fluido al analizador y devolver la parte no utilizada al proceso.

Otra fuente de retraso que existe en la mayoría de los sistemas de instrumentos analíticos es la sonda. Cuanto mayor sea el volumen de la sonda, más grave será el retraso. La longitud y el ancho de la sonda afectarán el volumen. Si desea minimizar el retraso tanto como sea posible, elija una sonda de bajo volumen.

En la estación de trabajo in situ

Cuando se requieren muestras de líquido en el analizador de procesos, no se utilizan válvulas reguladoras de presión en la estación de trabajo in situ. Lo mejor es mantener el líquido a alta presión para evitar la formación de burbujas. Para muestras de gas, se pueden utilizar estaciones de trabajo in situ para reducir la presión en la tubería de transporte o en el circuito rápido.

La reducción del retraso es directamente proporcional a la disminución de la presión absoluta. Cuando la presión se reduzca a la mitad, el retraso se reducirá a la mitad. La estación de trabajo in situ debe estar lo más cerca posible del puerto de muestreo. Cuanto antes sea el momento de reducir la presión arterial, mejor. Echemos un vistazo a tres posibles aplicaciones de válvulas reguladoras de presión que pueden ser aplicables en estaciones de trabajo en sitio. La configuración de las válvulas reguladoras de presión varía ligeramente en cada aplicación.

Elija la válvula reguladora de presión correcta para reducir el retraso

La válvula reguladora de presión es una herramienta importante para resolver retrasos en los sistemas analíticos. Cuanto menor sea la presión en el sistema de gas, más rápido será el tiempo de respuesta. En términos generales, cuanto antes disminuya la presión del sistema de gas, mejor. En el caso de la evaporación de líquidos, considere usar un circuito rápido para líquidos para mantener el flujo de líquido antes de la válvula reguladora de presión de vaporización. Las estaciones de trabajo in situ son una de las ubicaciones de los complejos sistemas de instrumentos analíticos que pueden reducir significativamente la latencia, pero los métodos de latencia siempre deben ser completos. Para reducir la latencia, es necesario estudiar detenidamente todas las posibles causas de retraso en el sistema.