¿Cómo elegir el analizador de gases láser TDLAS adecuado para su industria?

Introducción

Las industrias deben garantizar la seguridad, la eficiencia y el cumplimiento de la normativa. La pérdida o la medición incorrecta de la concentración de gases no solo supone un riesgo legal y comercial, sino que también puede provocar incidentes. Analizar gases en procesos industriales exigentes, con presencia de polvo, altas temperaturas o gases corrosivos, dificulta la medición y la fiabilidad del proceso.

La espectroscopia de absorción láser de diodo sintonizable (TDLAS) resuelve el problema de las mediciones de inmunoensayo constantes, en tiempo real y sin interferencias para aplicaciones industriales exigentes. Cuando la precisión y la velocidad de medición son de suma importancia, TDLAS es la opción preferida. El propósito de este artículo es brindar información práctica sobre la tecnología TDLAS, sus posibles configuraciones y su selección para permitir la evaluación de recursos de retransmisión de larga duración, retransmisión legal y retransmisión medible.

¿Qué es TDLAS (Espectroscopia de Absorción con Láser de Diodo Sintonizable)?

La espectroscopia de absorción con láser de diodo sintonizable (TDLAS) es un método óptico robusto para la medición de gases utilizado en operaciones industriales. La longitud de onda de absorción del gas objetivo se determina ajustando un láser. A continuación, el láser se hace pasar a través de una muestra de gas, lo que controla la absorción del láser por el gas. La absorción es proporcional a la concentración del gas.

Este método ofrece una respuesta rápida, baja interferencia con los gases de fondo y un funcionamiento óptimo en condiciones de proceso exigentes. Proporciona capacidades de medición específicas y especificidad para cada gas, lo que lo hace ideal para mezclas de gases complejas.

Según los expertos en análisis de procesos, los métodos de espectroscopia basados ​​en láser se han vuelto esenciales para aplicaciones que requieren "alta selectividad y medición en tiempo real sin acondicionamiento de la muestra", lo que refuerza a TDLAS como una solución preferida en las industrias modernas.

Cómo funciona TDLAS

La medición TDLAS utiliza la ley de Beer-Lambert para estimar la relación entre la concentración de gas en la muestra y la absorción de dicha muestra. Durante el proceso, el gas absorbe una cierta cantidad de energía en forma de láser. El dispositivo mide la pérdida de intensidad y la absorción, y las convierte en concentración mediante procesamiento de señales.

Un sistema TDLAS típico consta de un láser de diodo sintonizable, una trayectoria óptica para facilitar la interacción del gas con el haz láser, un detector y una unidad de procesamiento que transforma la señal. El verdadero potencial de la tecnología TDLAS reside en su selectividad. Cada gas en la muestra posee una huella espectral única, por lo que esta tecnología permite aislar el gas objetivo con una interferencia cruzada mínima.

Al integrar TDLAS en un proceso, es fundamental comprender los efectos que el resto de los gases presentes en el proceso pueden tener sobre las mediciones. El sistema también debe configurarse teniendo en cuenta estos efectos.

Ventajas de los analizadores TDLAS

TDLAS realiza mediciones de gases precisas y fiables con rapidez. Sus analizadores de gases están diseñados específicamente con tecnología de medición rápida propia del campo de los láseres. La precisión láser garantiza un rendimiento fiable y constante. Esto permite ahorrar en mantenimiento y simplifica los procesos de evaluación rutinaria.

• Limita la contaminación cruzada en la medición de detección selectiva de gases.
• Ayuda a mantener el ritmo acelerado de las decisiones industriales.
• Excelente rendimiento en condiciones de uso industrial exigentes.
• No es necesario realizar reemplazos costosos y periódicos de piezas.
• Adecuado para altas temperaturas o entornos corrosivos.
• Ideal para la versatilidad del sistema, permitiendo medir la concentración de gases en diferentes entornos.
• Bajos costos operativos, reparación del sistema de gases

Limitaciones y ventajas e inconvenientes

La tecnología TDLAS ofrece ventajas en cuanto a rendimiento, pero algunas aplicaciones pueden requerir alternativas. Los compradores deben tener en cuenta ciertas limitaciones antes de adquirir esta tecnología, ya que podrían no coincidir con los límites presupuestarios, las condiciones del proceso ni las expectativas operativas y de instalación.

• La inversión inicial es mayor que la de los analizadores convencionales.
• Normalmente solo se mide un gas. Puede que sean dos, como máximo.
• Configuraciones de sistema avanzadas necesarias para la monitorización de múltiples gases.
• Las obstrucciones en las trayectorias ópticas pueden provocar imprecisiones en las mediciones.
• Es necesario limpiar y/o purgar periódicamente los sistemas debido al polvo y la suciedad.
• Se necesitan vibraciones extremas para niveles de vibración extremos.
• Se necesitan recintos protectores para cambios de temperatura extremos.

Tipos de analizadores TDLAS

1. Sistemas TDLAS in situ

Los sistemas TDLAS in situ miden las concentraciones de gas mediante el envío de un láser a través del flujo de gas dentro de la línea de proceso o la chimenea. Al no requerir la extracción de muestras, se mantiene la integridad de la medición y los resultados se obtienen instantáneamente. Esta configuración se utiliza cuando la rapidez de respuesta y la simplicidad del sistema son de suma importancia.

• Mide el gas directamente dentro del proceso o chimenea.
• Ofrece una respuesta muy rápida y en tiempo real.
• No se requiere acondicionamiento ni transporte de la muestra.
• Evita errores por pérdida o contaminación de la muestra.
• Adecuado para entornos de alta temperatura, corrosivos o polvorientos.
• Puede presentar problemas con la suciedad de las ventanas o un acceso limitado para el mantenimiento.

2. Sistemas TDLAS extractivos

Los sistemas TDLAS extractivos extraen una muestra de gas del proceso, la acondicionan y la analizan en un entorno controlado. Este método mejora la estabilidad de la medición en condiciones difíciles, pero aumenta la complejidad del sistema y el tiempo de respuesta. Se prefiere cuando la precisión en condiciones controladas es más importante que la velocidad.

• Extrae y acondiciona el gas antes del análisis.
• Proporciona condiciones de medición más limpias y estables.
• Acceso más sencillo para el mantenimiento y la calibración.
• Puede admitir múltiples puntos de muestreo
• Respuesta más lenta debido al transporte y acondicionamiento de la muestra.
• Mayor complejidad del sistema y mayores requisitos de mantenimiento.

Comparación de TDLAS in situ frente a TDLAS extractivo

Criterios críticos de selección para analizadores TDLAS

1. Definir las necesidades específicas de su aplicación

Al elegir un analizador TDLAS Es necesaria una evaluación sistemática de las condiciones del proceso, las especificaciones de medición deseadas y las restricciones normativas. Cada parámetro influye en la precisión, la fiabilidad y la sostenibilidad.

Definir correctamente el alcance de una aplicación garantiza que el analizador esté configurado con precisión desde el principio, en lugar de tener que modificarlo posteriormente a un coste mayor.

2. Gas objetivo y rango de concentración

Comenzamos con el gas objetivo y su concentración. Ya sea que desee detectar trazas a nivel de ppb o realizar mediciones a niveles elevados, deberá configurar la longitud de onda del láser y la longitud del recorrido óptico adecuadas para su analizador.

El agua, el sulfuro de hidrógeno, el metano, el monóxido de carbono, el dióxido de carbono, el amoníaco, el cloruro de hidrógeno y el oxígeno son ejemplos de gases objetivo específicos para los que los sistemas TDLAS están especialmente optimizados. Dado que los gases tienen líneas de absorción específicas, se espera que la selección de la configuración adecuada en este punto ofrezca una alta sensibilidad y un rendimiento estable en todo el rango de medición.

Si, llegado este punto, la configuración no está ajustada para maximizar el rendimiento posible para el gas objetivo específico, el rendimiento de detección y medición será significativamente inferior.

3. Condiciones del proceso y factores ambientales

El diseño de un analizador y la calidad de sus mediciones se ven influenciados por las condiciones del proceso. Los cambios de temperatura y presión modifican la densidad del gas y su comportamiento de absorción. Estos factores también deben tenerse en cuenta, lo cual puede lograrse mediante la compensación del diseño o la configuración del sistema.

También es necesario tener en cuenta la composición del gas de fondo del analizador, a menudo denominado matriz. Si en el flujo de medición hay otros gases cuyas líneas de absorción se superponen con las del gas de interés, pueden interferir con la medición. Seleccionar las longitudes de onda adecuadas y diseñar el sistema correctamente puede ayudar a mitigar este problema.

El polvo y las partículas son un problema común en muchas industrias. Pueden depositarse en la trayectoria óptica o ensuciar las ventanas, lo que puede provocar la degradación de la señal con el tiempo. Los altos niveles de humedad pueden causar condensación y formación de hielo en las ventanas de los sistemas que toman muestras extractivas, lo que puede afectar las mediciones y dañar los componentes del sistema. Para solucionar estos problemas, se pueden utilizar diferentes sistemas de purga, filtros y configuraciones del sistema.

4. Requisitos de tiempo de respuesta

El tiempo de respuesta debe estar en consonancia con la forma en que se utiliza la medición en el proceso.

• Respuesta en tiempo real (segundos): Necesaria para el control de la combustión, los enclavamientos de seguridad y los ajustes rápidos del proceso, donde la retroalimentación inmediata es fundamental.
• Lecturas promedio (minutos): Adecuado para el monitoreo de emisiones y la elaboración de informes de cumplimiento donde la estabilidad es más importante que la velocidad.

Definir esto con anticipación evita especificar en exceso el sistema, al tiempo que garantiza que satisfaga las necesidades operativas.

5. Clasificación y seguridad de áreas peligrosas

En las industrias del petróleo y el gas, así como en muchas industrias de procesamiento químico, se requiere la certificación de seguridad de los analizadores instalados. Un analizador utilizado en una zona clasificada, explosiva o peligrosa debe estar certificado según normas como ATEX o IECEx.

El cumplimiento de estas certificaciones indica que el equipo ha sido diseñado para funcionar de forma segura dentro de las condiciones especificadas, minimizando el riesgo de ignición y la violación de la seguridad del lugar.

6. Requisitos reglamentarios y de cumplimiento

El cumplimiento normativo es tan importante como la seguridad en la selección de analizadores. Las normas ambientales y laborales, establecidas por las autoridades ambientales y de seguridad laboral, se centran en definir los límites permitidos de emisiones y especificar la precisión y exactitud requeridas en la medición.

El incumplimiento puede acarrear sanciones o restricciones operativas. Asimismo, deben respetarse las normas de medición y rendimiento definidas por ASTM, ISO y otras normas del sector. El cumplimiento minimiza los problemas operativos y de auditoría a largo plazo y maximiza la fiabilidad de los datos.

7. Presupuesto y costo total de propiedad

El presupuesto total debe contemplar la inversión inicial, el costo de instalación, la calibración, el mantenimiento y el costo de operación. Los sistemas TDLAS suelen tener un costo de adquisición más elevado, pero una inversión a largo plazo menor debido a su menor mantenimiento y menor consumo de materiales.

8. Perspectivas prácticas sobre la selección

Un enfoque estructurado ayuda a garantizar la elección correcta sin complejidad innecesaria.

• En primer lugar, defina los parámetros del proceso: antes de analizar los productos, debe identificar claramente el tipo de gas, el rango de concentración, la temperatura, la presión y los componentes que puedan interferir.
• Evalúe las condiciones ambientales: tenga en cuenta el polvo, la humedad y las limitaciones de instalación para evitar problemas de rendimiento posteriores.
• Adapte la capacidad del analizador a la aplicación: evite el sobrediseño seleccionando únicamente las funciones necesarias para su proceso.
• Confirme el cumplimiento con antelación: asegúrese de que se cumplen las certificaciones y los estándares antes de finalizar la selección.

Este enfoque da como resultado un sistema TDLAS preciso, fiable y rentable a lo largo de todo su ciclo de vida.

Conclusión y próximos pasos en la selección de TDLAS

Cuando se seleccionan adecuadamente, los analizadores TDLAS ofrecen una alta precisión y predictibilidad en la medición de gases, a la vez que requieren poco mantenimiento, incluso en entornos industriales exigentes. Estos analizadores utilizan tecnología de detección avanzada, lo que los hace extremadamente resistentes a las interferencias y proporciona mediciones de alta calidad a largo plazo, a diferencia de otros sensores convencionales que suelen tener un rendimiento deficiente.

Mediante la integración del tipo de gas, las condiciones del proceso, el método de instalación y el cumplimiento de la normativa, la selección estructurada permite la aplicación del analizador donde no se requiere ajuste, lo que proporciona una mayor fiabilidad y un mayor valor del ciclo de vida, así como un proceso de funcionamiento constante.

Dado que el análisis de gases industriales tiene como objetivo fabricar sistemas más rápidos, más conectados y más inteligentes, la adaptabilidad de los analizadores TDLAS y la precisión de la medición impulsan su demanda.

Las decisiones de implementación, que serán acertadas y eficaces, surgirán de los criterios de selección adecuados, una evaluación cuidadosa de las capacidades del proveedor y una correlación entre las especificaciones declaradas y las necesidades reales del proceso.