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Medición de fosfina en la industria alimentaria mediante NDIR: control preciso del PH3 para una fumigación segura

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Medición de fosfina sin concesiones: segura.

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La fosfina (PH₃) es el fumigante más importante para el control de plagas en la industria alimentaria. Desde la fase activa de fumigación, con concentraciones de hasta 2.000 ppm, hasta la monitorización de las concentraciones residuales durante la desgasificación, la medición de la fosfina exige un alto nivel de selectividad, estabilidad a largo plazo y un mantenimiento mínimo. Fresenius Umwelttechnik demuestra en este artículo cómo el método patentado de referencia de doble presión cumple estos requisitos, sin necesidad de una calibración continua durante el funcionamiento.

Fumigación con fosfina: por qué es fundamental una monitorización precisa del proceso

En la industria alimentaria, la fumigación controlada con fosfina es un método indispensable para proteger los productos almacenados de la infestación de plagas. Los cereales, los frutos secos, la harina, las especias, el cacao y el café se tratan con PH₃ en silos, depósitos o contenedores, normalmente a concentraciones de entre 200 y 1.500 ppm durante un periodo de varios días.

La monitorización precisa de la concentración de PH₃ durante la fumigación es indispensable por dos razones: en primer lugar, hay que garantizar que se mantenga la concentración efectiva requerida durante todo el periodo de fumigación, ya que una dosificación insuficiente conduce a un control ineficaz. En segundo lugar, la medición tras la fumigación sirve para supervisar la liberación: solo cuando la concentración residual haya descendido lo suficiente se podrá volver a acceder a las zonas de almacenamiento.

El límite de exposición laboral (OEL) para la fosfina es de 0,1 ppm (TRGS 900). Nuestro analizador GA210 de PH₃ está diseñado como un sistema de control de procesos para la fase de fumigación y permite medir las emisiones hasta un límite de detección de 2 ppm. Para las emisiones relacionadas con la seguridad laboral según el OEL (≤ 0,1 ppm), se requieren métodos de medición complementarios (por ejemplo, sensores electroquímicos de protección personal o tubos detectores). Estaremos encantados de asesorarle sobre la combinación óptima. Chatee con nuestro agente de IA, Tory, para obtener más información.

¿Por qué NDIR? Comparación de selectividad y vida útil

Para la monitorización de procesos de fosfina en el rango de concentración de hasta 2.000 ppm, los sensores electroquímicos (EC) y los analizadores NDIR suelen ser adecuados. Sin embargo, las diferencias en cuanto a su idoneidad práctica son considerables:

Criterio

Sensor EC

NDIR (Fresenius GA210)

Vida útil

1-2 años; después, sustitución del sensor

> 10 años; sin sustitución del sensor

Calibración durante el funcionamiento

Se requiere periódicamente (semanas/meses)

No es necesaria (referencia de dos presiones)

Sensibilidad cruzada

Humedad; posibles otros gases

Ninguna hacia CO₂ ni H₂O

Deriva

Significativa: recalibración frecuente

≤ 3 %/año: basta con un mantenimiento anual

Rango de medición

Limitado; a menudo se requiere una solución multirango

0–2.000 ppm en un solo sistema

Costes de funcionamiento (10 años)

Elevados (sustitución del sensor, gas de calibración)

Bajos (sin desgaste, esfuerzo de calibración mínimo)

La ventaja decisiva de la tecnología NDIR radica en la naturaleza física del principio de medición: la fosfina absorbe la radiación infrarroja en una longitud de onda característica. La señal de medición se genera sin contacto: no hay consumo de productos químicos, ni envejecimiento del electrolito, ni desgaste del sensor.

El principio de medición de Fresenius: método de referencia de dos presiones

Para la medición de fosfina, Fresenius Umwelttechnik utiliza el método patentado de referencia de dos presiones, un principio de medición que aumenta significativamente la estabilidad a largo plazo en comparación con los sistemas NDIR convencionales.

Principio de funcionamiento

El método utiliza un elegante enfoque físico: el propio gas de muestra sirve como referencia. En dos fases de medición sucesivas, el gas se mide en la misma cubeta a dos presiones diferentes:

- Fase 1 – Presión normal: el gas de muestra se encuentra en la cubeta a una presión definida y se registra la absorción IR.

- Fase 2 – Presión reducida: la presión en la cubeta se reduce a aproximadamente 200 mbar absolutos. Dado que la concentración molecular disminuye con la presión, la absorción también varía.

La concentración de PH₃ se calcula con precisión a partir de la relación entre los dos valores de absorción.

¿Por qué este método es tan estable frente a la deriva?

Dado que ambas mediciones se realizan sucesivamente en la misma cubeta con el mismo detector, todos los cambios lentos —envejecimiento de la fuente, deriva del detector, contaminación de las superficies ópticas— afectan por igual a ambas mediciones. Estas influencias se eliminan por completo al calcular el cociente. Además, el interior de la cubeta está chapado en oro para garantizar la máxima reflexión y la estabilidad a largo plazo de las superficies ópticas.

El resultado: una deriva a largo plazo de ≤ 3 % al año, sin necesidad de correcciones del punto cero ni del intervalo durante el funcionamiento. Sin gas de referencia, sin segunda trayectoria óptica, sin cambio de filtro. El método de doble presión elimina la deriva de forma estructural, no mediante compensación.

Nuestra solución: GA210 PH₃ – Datos técnicos

El analizador de gases GA210 de Fresenius Umwelttechnik, en configuración PH₃, está diseñado específicamente para la monitorización de procesos de fumigación con fosfina:

Parámetro

Especificaciones

Componente de medición

PH₃ (fosfina)

Rango de medición

0–2.000 ppmV

Resolución

0,1 ppmV

Límite de detección (LD)

2 ppmV

Incertidumbre de medición

≤ 3 % del valor medido

Principio de medición

Método NDIR de referencia de dos presiones (patentado)

Ciclo de medición

21 segundos

Deriva a largo plazo

≤ 3 % / año

Compensación de presión

0,7–1,1 bar abs.

Célula de medición

Estabilizada a una temperatura de 50 °C, con interior chapado en oro

Sensibilidad cruzada

Nula respecto al CO₂ y al H₂O

Calibración durante el funcionamiento

No es necesaria (referencia de dos presiones)

Mantenimiento recomendado

1 vez al año (calibración + inspección)

Bomba de gas de muestra

Interna, aprox. 4 l/min

Salida analógica

4–20 mA (integración en PLC)

Opciones de bus de campo

Profinet, Profibus, Ethernet/IP, Modbus TCP

Nota sobre el ciclo de medición: Los 21 segundos corresponden al ciclo completo de medición de dos presiones (medición a presión normal + medición a presión reducida + igualación de presión). Cada ciclo proporciona un valor de medición totalmente compensado frente a la deriva.

Célula de medición con temperatura estabilizada: por qué es crucial la temperatura de 50 °C

La célula de medición del GA210 PH₃ se mantiene activamente estabilizada a una temperatura de 50 °C. En la práctica del almacenamiento de alimentos —con temperaturas fluctuantes en almacenes, silos y depósitos sin calefacción— este es un factor decisivo:

- Sin condensación: A 50 °C, la célula de medición se encuentra significativamente por encima de los puntos de rocío habituales. Se excluyen la precipitación de humedad y las falsificaciones de medición asociadas, lo cual es especialmente importante en instalaciones de almacenamiento de cereales con alta humedad.

- Condiciones de medición constantes: Independientemente de las fluctuaciones entre el día y la noche o de las variaciones estacionales de temperatura, en la célula de medición prevalecen siempre condiciones idénticas.

- Cinética de gases reproducible: los procesos de absorción y desorción en las superficies de la célula se desarrollan de forma reproducible a temperatura constante. Se minimizan los efectos de memoria, especialmente relevantes para el PH₃ debido a la reactividad de la molécula.

- Sensibilidades cruzadas minimizadas: se eliminan las interferencias dependientes de la temperatura procedentes de los gases acompañantes.

Muestreo y conducción de gases: el acero inoxidable es obligatorio

La fosfina es una molécula reactiva que interactúa con muchos plásticos, ya sea mediante adsorción en las superficies o mediante reacciones químicas. A concentraciones de hasta 2.000 ppm y con la alternancia típica entre la fase de fumigación (alta concentración) y la desgasificación (baja concentración residual), las tuberías de plástico provocan efectos de arrastre y valores de medición falsados.

Nuestra recomendación: conductos de gas de muestreo fabricados en acero inoxidable 316L a lo largo de todo el recorrido de muestreo. El acero inoxidable es químicamente inerte a la fosfina y minimiza los efectos de memoria, lo cual es crucial para obtener mediciones precisas durante la transición entre concentraciones altas y bajas.

Otros componentes del acondicionamiento del gas de muestreo

- Filtro de partículas: filtro sinterizado de acero inoxidable o filtro de membrana de PTFE (2–5 µm) para proteger los componentes ópticos del polvo, lo cual es especialmente importante en presencia de polvo de cereales.

- Estabilización de la presión: en caso de fluctuaciones de la presión ambiental en silos de gran tamaño, recomendamos instalar un regulador de presión antes del analizador para mantener estable la presión de entrada dentro del rango de compensación (0,7–1,1 bar abs.).

- Bomba de gas de muestra: la bomba interna suministra aprox. 4 l/min y garantiza un rápido intercambio de gas en la célula de medición.

Calibración: por qué apenas requiere esfuerzo

Una de las ventajas más convincentes del método de referencia de doble presión frente a los sistemas NDIR convencionales y los sensores electroquímicos es el mínimo esfuerzo de calibración.

Durante el funcionamiento, no es necesario realizar correcciones del punto cero ni del intervalo. El sistema se autorreferencia en cada ciclo de medición de 21 segundos: cada valor medido se compensa automáticamente contra la deriva.

No obstante, recomendamos un mantenimiento y una calibración anuales con gas de prueba certificado como medida de garantía de calidad. Dado que, incluso con el método de dos presiones, es posible que se produzca una deriva de hasta un 3 % al año, la prueba anual confirma la precisión de la medición y documenta la trazabilidad con respecto a los patrones nacionales.

Comparación: los sensores electroquímicos convencionales requieren calibraciones semanales o mensuales y la sustitución del sensor cada 1-2 años. La diferencia en los costes del ciclo de vida es considerable.

Integración en sistemas de control de procesos

El GA210 PH₃ ofrece de serie una salida analógica de 4–20 mA para la conexión directa a sistemas PLC. Hay disponibles interfaces de bus de campo opcionales (Profinet, Profibus, Ethernet/IP, Modbus TCP), lo que permite una integración perfecta en los sistemas de control de procesos existentes.

Escenarios típicos de integración:

- Monitorización de la fumigación: registro continuo de la concentración de PH₃ durante la fase de fumigación, como prueba de la duración y la concentración correctas de la fumigación.

- Monitorización de la desgasificación: seguimiento de la disminución de la concentración tras la fumigación hasta el límite de detección del sistema (2 ppm). Sirve de apoyo para la decisión de liberación.

- Automatización: control de sistemas de ventilación o válvulas de cierre basado en valores medidos en tiempo real.

- Documentación: registro completo de datos para el aseguramiento de la calidad (IFS, BRC) y como prueba reglamentaria.

Ejemplos prácticos de aplicación

Almacenamiento de cereales y silos de gran capacidad

Monitorización de la fumigación de trigo, cebada, maíz y otros cereales. Medición continua durante la fase de fumigación de 5 a 7 días y la posterior desgasificación. Concentraciones típicas: de 200 a 1.000 ppm durante la fumigación, con descenso hasta NDG durante la desgasificación.

Almacenamiento de frutos secos y fruta deshidratada

Monitorización de la fumigación de almendras, nueces, avellanas y frutos secos en contenedores y almacenes. Reto especial: el alto contenido en grasa puede absorber la fosfina; una medición precisa evita la subdosificación.

Molinos de harina y especias

Monitorización de las concentraciones de fosfina en las zonas de producción durante y después de la fumigación. Integración en el control de ventilación para una ventilación automática.

Almacenamiento de cacao y café

Monitorización de la fumigación de cacao en bruto y café en bruto. Cumplimiento de los estrictos límites máximos de residuos según el Reglamento (CE) n.º 396/2005. Documentación para la certificación de calidad y justificantes de exportación.

Normas y reglamentos

- TRGS 512: Fumigaciones – Actividades con fumigantes y plaguicidas en locales y sobre mercancías.

- TRGS 900: Límites de exposición profesional – PH₃ OEL: 0,1 ppm (media por turno).

- Reglamento (CE) n.º 396/2005: Límites máximos de residuos de plaguicidas en los alimentos.

- GefStoffV, artículo 6: Recopilación de información y evaluación de riesgos.

Nota: El GA210 PH₃ es un sistema de monitorización de procesos para la fase de fumigación (rango de medición de 0 a 2.000 ppm, límite de detección de 2 ppm). No está diseñado para la monitorización de los OEL relacionados con la seguridad laboral a 0,1 ppm. Para la monitorización de la protección personal, estaremos encantados de asesorarle sobre soluciones complementarias.

Rentabilidad: menos esfuerzo, más disponibilidad

La inversión en tecnología de medición NDIR con el método de referencia de dos presiones se amortiza a lo largo de la vida útil del dispositivo gracias a varios factores:

- No es necesario sustituir los sensores: mientras que los sensores electroquímicos deben sustituirse cada 1-2 años, el sistema NDIR funciona sin desgaste durante muchos años.

- Esfuerzo mínimo de calibración: el mantenimiento y la calibración anuales, en lugar de las calibraciones periódicas con gas de prueba, ahorran costes de material y tiempo del personal.

- Alta disponibilidad: sin tiempos de inactividad debidos a la sustitución de sensores o a recalibraciones frecuentes.

- Optimización del proceso: la medición precisa permite un control optimizado de la fumigación. Se evitan tanto la sobredosificación como la subdosificación, lo que ahorra costes de fosfina y aumenta la fiabilidad del proceso.

En un periodo de 10 años, se consigue un coste total de propiedad significativamente menor en comparación con las soluciones electroquímicas, a pesar de los mayores costes de adquisición.

Medición de fosfina sin deriva para la industria alimentaria

La monitorización de la fosfina en la industria alimentaria requiere un sistema de medición que proporcione valores estables a lo largo de meses y años, sin necesidad de calibraciones continuas y sin desgaste de los sensores. El método de referencia de doble presión del GA210 PH₃ cumple este requisito: Cada valor medido se compensa automáticamente contra la deriva; la célula de medición, estabilizada térmicamente y chapada en oro, garantiza un funcionamiento sin condensación; y el recorrido del gas por acero inoxidable minimiza los efectos de arrastre de la molécula reactiva de PH₃.

¿Está planeando implementar la monitorización de fosfina en su sistema de fumigación? Póngase en contacto con nosotros: trabajaremos con usted para desarrollar el concepto de medición óptimo para su aplicación, incluyendo el muestreo, la integración del sistema y la documentación para la certificación IFS/BRC.

Preguntas frecuentes (FAQ)

¿Qué es el método de referencia de dos presiones y por qué es tan estable frente a la deriva?

El método de referencia de dos presiones mide el mismo gas sucesivamente a dos presiones diferentes en la misma cubeta con el mismo detector. Dado que todas las influencias de deriva (envejecimiento de la fuente, deriva del detector, contaminación) afectan a ambas mediciones por igual, se eliminan al calcular el cociente. La deriva a largo plazo resultante es ≤ 3 % al año, sin necesidad de calibración durante el funcionamiento.

¿Puede el GA210 PH₃ monitorizar el límite de exposición laboral (0,1 ppm)?

No. El GA210 PH₃ está diseñado como un sistema de monitorización de procesos para la fase de fumigación (rango de medición de 0 a 2.000 ppm, límite de detección de 2 ppm). El límite de exposición laboral (OEL) para la fosfina es de 0,1 ppm (TRGS 900) y no puede medirse con este sistema. Se requieren métodos complementarios para las emisiones relacionadas con la seguridad laboral. Estaremos encantados de asesorarle sobre la combinación óptima.

¿Con qué frecuencia debe calibrarse el GA210 PH₃?

No se requiere calibración durante el funcionamiento: el método de referencia de doble presión se autorreferencia con cada ciclo de medición. Recomendamos un mantenimiento y una calibración anuales con gas de prueba certificado como medida de garantía de calidad.

¿Por qué conductos de acero inoxidable en lugar de PTFE?

A concentraciones más elevadas, la fosfina reacciona con muchos plásticos. Los efectos de adsorción en las superficies plásticas provocan arrastre y valores de medición falseados, especialmente al pasar de concentraciones elevadas de fumigación a concentraciones residuales bajas. El acero inoxidable 316L es químicamente inerte a la PH₃.

¿Por qué es importante que la célula de medición esté estabilizada a una temperatura de 50 °C?

El control activo de la temperatura a 50 °C garantiza un funcionamiento sin condensación (sin alteraciones por humedad), condiciones de medición constantes independientemente de las fluctuaciones ambientales, una cinética del gas reproducible sin efectos de memoria y una minimización de las sensibilidades cruzadas dependientes de la temperatura.

¿Para qué alimentos se utiliza la fumigación con fosfina?

Aplicaciones típicas: cereales (trigo, cebada, maíz), frutos secos (almendras, nueces, avellanas), fruta deshidratada, harina, especias, cacao en bruto y café en bruto. La fumigación se lleva a cabo en silos, búnkeres, contenedores o almacenes.

Lee el artículo original en freseniusinstruments.com: https://freseniusinstruments.com/blog/22400/phosphine-measurement-in-the-food-industry-with-ndir-precise-ph3-monitoring-for-safe-fumigation/?lang=en