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Análisis de gases in situ frente a análisis extractivo: cuándo resulta más rentable cada método de medición en la industria

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¿In situ o extractivo?

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La monitorización continua de los gases de proceso es un elemento fundamental para la eficiencia y la seguridad de las plantas en los sectores de la química, la producción de biogás y el control de emisiones.

Sin embargo, antes de la instalación, hay que tomar una decisión fundamental: ¿deben realizarse las mediciones directamente en la corriente de proceso (in situ) o mediante muestreo (extractivo)? Ambas opciones presentan claras ventajas, pero conllevan diferentes costes de inversión y de funcionamiento. ¿Qué método resulta económicamente viable en cada aplicación?

Análisis de gases en línea: medición directa en la corriente del proceso

En el análisis in situ, los sensores o los componentes ópticos se sitúan directamente en el conducto o la chimenea. El gas se mide con tiempos de respuesta rápidos sin salir del proceso. Para ello, los métodos ópticos de última generación —como la espectroscopia de diodo láser sintonizable (TDLAS)— envían su señal luminosa a través de la corriente de gas en movimiento.

Esto debe distinguirse de la medición en línea, en la que la célula de medición se encuentra en una línea de derivación por la que fluye el gas. Ambos métodos tienen algo en común: miden de forma no extractiva, lo que significa que no se requiere un acondicionamiento externo del gas.

Las ventajas más importantes de la medición de gases in situ

- Valores de medición en tiempo real: los datos están disponibles prácticamente sin retraso.

- Mínimo esfuerzo: no se requiere un acondicionamiento complejo, ya que el medio permanece directamente en el proceso.

- Resistencia a altas temperaturas: el aprovechamiento de la temperatura del proceso permite realizar mediciones fiables incluso con gases calientes y húmedos.

Límites y retos de la tecnología

Calibración difícil: los trabajos de calibración y validación deben realizarse directamente en el punto de medición, al que a menudo es difícil acceder.

Atenuación de la señal: la generación de mucho polvo o la turbidez en la corriente de gas pueden atenuar la señal.

Esfuerzo de mantenimiento: las ventanas ópticas se ensucian y requieren una limpieza y un ajuste periódicos.

Alineación precisa: Las unidades transmisora y receptora deben estar alineadas con exactitud a lo largo de la trayectoria de medición.

Limitación de componentes: Por lo general, solo se puede detectar un componente de medición por trayectoria de medición, con una selección global limitada de métodos de medición.

Análisis extractivo de gases: Precisión mediante el acondicionamiento controlado del gas

El método extractivo sigue un enfoque fiable para la caracterización de gases: una bomba de gas de muestra toma continuamente una muestra representativa directamente del proceso. Antes de que se lleve a cabo el análisis propiamente dicho del gas, el medio se acondiciona mediante conductos calefactados y enfriadores de gas eficientes, lo que significa que se limpia, se seca y se lleva a una temperatura estable de forma específica.

Solo entonces el gas entra en el analizador de gases (como la serie compacta Smart o el Gas Analyzer 320 de Fresenius). La gran ventaja de este entorno controlado en la célula de medición es que se eliminan de forma fiable los factores de interferencia, como la humedad o las partículas, lo que garantiza valores de medición extremadamente estables y precisos.

Ventaja económica: cambio eficiente de puntos de medición

Una ventaja fundamental del enfoque extractivo es el cambio de puntos de medición:

- Reducción de costes: un único analizador de gases puede dar servicio a hasta ocho puntos de proceso en rotación automática mediante válvulas solenoides internas.

- Análisis multicomponente: se detectan simultáneamente varios componentes gaseosos en cada punto de medición individual.

- Medición cíclica: la detección se realiza de forma secuencial (una tras otra, no simultáneamente), lo que reduce drásticamente los costes de hardware por punto de medición en plantas complejas.

Nota importante sobre la monitorización de emisiones: la conmutación no está permitida para la monitorización continua de emisiones exigida por la legislación. En este caso, se utiliza una entrada de gas de muestra dedicada, sin conmutación, para garantizar datos de medición ininterrumpidos.

Comparación de costes: inversión frente a mantenimiento continuo

1. Adquisición e instalación (CAPEX)

Los sistemas in situ suelen parecer más económicos para un único punto de medición, ya que no se requieren líneas de muestreo ni enfriadores de gas. Sin embargo, los costes aumentan con cada punto de medición adicional, ya que cada punto requiere su propia unidad de medición. Un analizador extractivo, por su parte, puede conectarse a varios puntos a través de un sistema de muestreo multipunto, reduciendo así el coste por punto de medición.

2. Funcionamiento y mantenimiento (OPEX)

Los sistemas extractivos requieren un mantenimiento periódico de los filtros y los enfriadores de gas para evitar la contaminación y la formación de condensado. Los sensores in situ requieren poco mantenimiento mecánico, pero pueden deteriorarse con gases agresivos; en ese caso, sustituir un sensor directamente en el conducto suele ser complejo, al igual que limpiar las ventanas ópticas sucias.

3. Esfuerzo de calibración y tiempo de inactividad

Los sistemas extractivos suelen requerir una recalibración periódica, a veces con costosos gases de prueba; los sistemas láser in situ suelen calibrarse automáticamente mediante celdas de referencia integradas. Aquí es precisamente donde entran en juego los analizadores NDIR de Fresenius Umwelttechnik, que abarcan dos métodos NDIR en función de la aplicación, el rango de medición y la longitud de onda de medición:

Esta autorreferencia es una característica de la tecnología NDIR de doble presión. No se aplica a otros principios de medición —como NDUV, paramagnéticos o la medición de oxígeno con óxido de circonio—; en esos casos, sigue siendo necesario el ajuste específico de cada principio. La ventaja de la calibración reduce así notablemente los costes operativos continuos de los sistemas NDIR extractivos sin sustituir por completo el esfuerzo básico.

Ayuda para la toma de decisiones: ¿qué método es el más adecuado para su planta?

El análisis de gases in situ resulta rentable sobre todo cuando se requieren tiempos de respuesta muy rápidos en el segundo rango o cuando se debe detectar un gas limpio en un único punto de medición de fácil acceso.

El análisis extractivo de gases muestra sus puntos fuertes en cuanto hay que acondicionar de forma controlada mezclas de gases agresivas, húmedas o calientes, o cuando se requieren análisis multigás de alta precisión (NDIR o NDUV), con varios componentes por punto de medición y varios puntos de medición atendidos de forma cíclica. Para la monitorización continua de emisiones se utiliza una entrada de gas de muestra específica.

La combinación de la matriz de gases y los puntos de medición es decisiva

No existe un método «mejor» en general, sino solo uno «más económico para su proceso específico». Quienes conozcan la matriz gaseosa de su gas de muestra y planifiquen estratégicamente el número y la accesibilidad de los puntos de medición tomarán una decisión sostenible. La medición in situ destaca por su rapidez y por los puntos de medición individuales; la extracción, por su eficacia con matrices gaseosas exigentes, el análisis multigás y los múltiples puntos de medición.

¿No está seguro de qué método reducirá de forma sostenible sus costes operativos? Póngase en contacto con los expertos en aplicaciones de Fresenius Umwelttechnik: analizaremos su proceso y colaboraremos con usted para encontrar la solución adecuada desde el punto de vista técnico y económico.

Preguntas frecuentes (FAQ)

¿Cuál es la diferencia entre la medición in situ y la extractiva?

En la medición in situ, el analizador se sitúa en el conducto y mide directamente en el gas de proceso sin necesidad de tomar muestras. En la medición extractiva, se toma una muestra, se acondiciona (se filtra, se seca y se controla su temperatura) y se mide en un analizador independiente.

¿Cuántos puntos de medición puede supervisar un analizador extractivo?

Se pueden atender hasta ocho puntos de proceso en rotación automática mediante un conmutador interno de puntos de medición —cíclicamente, uno tras otro, no simultáneamente—. Se utiliza una entrada específica para un punto de medición de emisiones que debe supervisarse de forma continua.

¿Necesita un sistema extractivo gases de prueba costosos?

Eso depende del principio de medición. Con el método NDIR de referencia de doble presión, el sistema es autorreferenciado y no requiere gases de cero ni de prueba. Con el método NDIR de doble haz, suele bastar con una corrección periódica del punto cero, siendo necesaria la calibración del punto final solo en casos especiales. Para la medición NDUV o de oxígeno, se aplican los ajustes específicos de cada principio.

¿Qué método reacciona más rápido?

Los sistemas láser in situ proporcionan valores de medición en unos dos segundos, ya que el gas no se transporta. Los sistemas extractivos suelen tardar entre 20 y 40 segundos, incluido el tiempo de transporte.

¿Qué método es adecuado para la monitorización de emisiones?

Dado que la monitorización de emisiones debe ser continua, se utiliza una entrada de gas de muestra dedicada sin cambio de punto de medición. Que el método adecuado sea in situ o extractivo depende de la matriz gaseosa, la precisión requerida y las condiciones del proceso.

Lee el artículo original en freseniusinstruments.com: https://freseniusinstruments.com/blog/22912/in-situ-vs-extractive-gas-analysis-when-each-measurement-method-pays-off-in-industry/?lang=en