Instrumentations solutions and gas analysis

Técnico delante de un armario de análisis de gases controlando las emisiones industriales.

Sistema de análisis de gases

Un sistema de análisis de gases permite medir de forma continua la composición de una mezcla gaseosa con el fin de supervisar un proceso industrial, mejorar su rendimiento y garantizar la seguridad de una instalación...

Un sistema de análisis de gases permite medir de forma continua la composición de una mezcla gaseosa con el fin de supervisar un proceso industrial, mejorar su rendimiento, garantizar la seguridad de una instalación o controlar sus emisiones a la atmósfera.A diferencia de un analizador utilizado de forma aislada, el sistema se encarga de toda la cadena de medición: toma de gas, transporte de la muestra, acondicionamiento, análisis, tratamiento de datos y comunicación con el sistema de supervisión.Fuji Electric France ofrece una amplia gama de productos y sistemas de análisis de gases configurables en función de los componentes que se deseen medir, las características del proceso y las limitaciones del entorno industrial. Nuestras soluciones pueden combinar diferentes tecnologías analíticas para medir simultáneamente hasta 14 componentes, entre los que se incluyen O₂, CO, CO₂, NO, NO₂, NOx, N₂O, SO₂, NH₃, HCl, CH₄, COV, H₂O y H₂.

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Tecnologías

Catálogo de referencias antiguas - Analizadores de gases
Descubra cómo Fuji Electric está sustituyendo sus antiguos analizadores de gases por versiones innovadoras y duraderas que optimizan el rendimiento y el cumplimiento de la normativa medioambiental.

Sistema de análisis de gases: una solución integral para medir gases industriales o gas natural

Un sistema de análisis de gases es un conjunto de equipos diseñado para proporcionar una medición representativa, estable y útil de la composición de un gas.

No se limita al instrumento que realiza la medición. Para funcionar correctamente, el analizador debe recibir una muestra compatible con su tecnología de detección, a una temperatura, presión, caudal y nivel de humedad controlados.

Dependiendo de la aplicación, el sistema de análisis puede incluir:

una sonda de muestreo instalada en la tubería o en la chimenea;
un filtro destinado a retener el polvo y las partículas;
una línea de extracción con calefacción o sin calefacción;
una bomba de muestreo;
un enfriador o un secador de gas;
filtros complementarios y dispositivos de tratamiento de la muestra;
uno o varios analizadores de gases;
sensores de caudal, presión y temperatura;
un controlador automático;
una interfaz de operador;
un programa informático de adquisición y tratamiento de datos;
salidas analógicas, alarmas y protocolos de comunicación.

Esta arquitectura protege los instrumentos, limita las perturbaciones relacionadas con la toma de muestras y garantiza que el gas que se introduce en el analizador siga siendo representativo del proceso.

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Analizadores de gases Fuji Electric

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¿Para qué sirve un sistema de análisis de gases?

La medición de la composición gaseosa proporciona a los operadores información esencial para comprender y gestionar sus instalaciones.

Controlar un proceso industrial

El análisis continuo permite realizar un seguimiento de las variaciones de concentración y ajustar rápidamente los parámetros de funcionamiento. Contribuye a estabilizar los procesos, a mejorar la calidad de la producción y a reducir el consumo de materias primas o de energía.

Optimizar la combustión

La medición del oxígeno, el monóxido de carbono y el dióxido de carbono permite evaluar la calidad de la combustión. Los datos obtenidos pueden utilizarse para ajustar la proporción entre el aire y el combustible, reducir los residuos de combustión e mejorar el rendimiento energético de las calderas, los hornos y los incineradores.

Controlar las emisiones a la atmósfera

Los sistemas de análisis de gases permiten cumplir la normativa medioambiental mediante la medición continua de los contaminantes presentes en los humos industriales. Facilitan el seguimiento de las emisiones, la detección de los excesos y la obtención de los datos necesarios para la vigilancia medioambiental.

Garantizar la seguridad de las instalaciones

La detección de oxígeno, hidrógeno, metano u otros componentes ayuda a identificar una atmósfera anómala, una fuga, un fallo de ventilación o un riesgo relacionado con el proceso.

Controlar la calidad de un gas

En las aplicaciones de producción, tratamiento o aprovechamiento de gases, el análisis permite comprobar su pureza y detectar componentes indeseados antes de una etapa de transformación, almacenamiento o uso.

¿Cómo funciona un sistema de análisis de gases?

El funcionamiento depende del proceso y de la tecnología analítica elegida, pero una cadena de análisis extractivo suele constar de cuatro etapas principales.

1. La toma de la muestra

Una sonda extrae una muestra del gas de la tubería, el horno, el reactor o la chimenea. Su diseño y su ubicación son fundamentales para obtener una muestra representativa.

En gases con alto contenido de polvo, calientes o húmedos, la sonda puede incorporar un filtro y un dispositivo de calentamiento para evitar su obstrucción o la formación de condensación.

2. El transporte del gas

La muestra se transporta hasta el armario de análisis mediante una línea adecuada. Esta puede calentarse para mantener los componentes solubles o condensables en fase gaseosa.

Una bomba se encarga de hacer circular el gas cuando la presión del proceso no permite una transferencia natural.

3. La preparación de la muestra

Antes del análisis, puede ser necesario filtrar, enfriar o secar el gas, o regular su caudal y su presión. En otras palabras, el gas se prepara antes de ser analizado para garantizar la fiabilidad de las mediciones.

Además, el acondicionamiento protege las células de medición y mantiene las condiciones requeridas por la tecnología analítica. No obstante, debe definirse con cuidado para no eliminar ni alterar los componentes que se desean analizar.

4. El análisis y el tratamiento de los datos

El gas acondicionado se envía a uno o varios analizadores. Cada instrumento genera una señal correspondiente a la concentración medida.

A continuación, un controlador automático puede centralizar los datos, gestionar las secuencias de medición, controlar las electroválvulas, activar las calibraciones y comunicar los resultados al sistema de control y mando de la instalación.

¿Qué tecnologías se deben integrar en un sistema de análisis de gases?

La elección de la tecnología depende principalmente del componente que se desea obtener, de su concentración, de la composición de la mezcla y de las condiciones del proceso.

Análisis por absorción infrarroja no dispersiva

La tecnología NDIR se utiliza para medir numerosos gases que absorben la radiación infrarroja, entre los que destacan:

Es adecuada para numerosas aplicaciones de control de la combustión, supervisión de procesos y análisis multigás.

Análisis paramagnético del oxígeno

La tecnología paramagnética aprovecha las propiedades magnéticas específicas del oxígeno. Permite realizar una medición continua del O₂ sin necesidad de una célula electroquímica consumible.

Es especialmente adecuada para aplicaciones que requieren una medición estable, selectiva y duradera del oxígeno en una mezcla gaseosa debidamente acondicionada.

Análisis del oxígeno mediante óxido de circonio

La medición mediante circonio se utiliza habitualmente para controlar el oxígeno en los gases de combustión. Ofrece una respuesta rápida y puede integrarse directamente en el conducto o en un sistema de extracción.

Esta tecnología resulta especialmente adecuada para regular la combustión en calderas, hornos e instalaciones térmicas.

Detección por conductividad térmica

La medición de la conductividad térmica compara la capacidad del gas analizado para conducir el calor con la de un gas de referencia.

En particular, puede utilizarse para medir el hidrógeno o concentraciones elevadas de un componente en una mezcla binaria o de composición controlada.

Tecnología láser

El análisis por láser permite detectar de forma selectiva determinadas moléculas, como el amoníaco o el sulfuro de hidrógeno, con una alta sensibilidad.

Según la aplicación, la medición puede realizarse directamente en el proceso o en una muestra extraída.

Monitorización continua de las emisiones industriales

En el caso de las instalaciones sujetas a requisitos normativos, el análisis continuo permite medir las concentraciones de contaminantes, detectar desviaciones y transmitir los resultados necesarios para el seguimiento medioambiental.

Los sistemas de medición continua de emisiones, o CEMS, combinan analizadores, equipos de muestreo, tratamiento de la muestra y funciones de adquisición de datos.

Los sistemas CEMS de Fuji Electric cuentan con la certificación QAL1 de conformidad. Esta certificación permite cumplir los requisitos aplicables a la supervisión reglamentaria de las emisiones, en función de los productos, los componentes medidos y las configuraciones elegidas.

¿Análisis de un solo gas o sistema de análisis multigás?

Un sistema puede diseñarse para medir un solo componente o varios gases simultáneamente. Según las necesidades, puede adoptar la forma de una instalación fija, un armario completo o un equipo destinado a campañas de medición puntuales. Además, los sistemas de análisis de gases incluyen analizadores compactos y móviles.

Sistema de un solo gas

Una configuración de un solo gas responde a una necesidad concreta, por ejemplo:

medir el oxígeno para optimizar la combustión;
supervisar el hidrógeno en un proceso;
controlar la humedad de un gas;
detectar el metano en una planta de biogás.

Esta arquitectura puede ser la opción preferida cuando la medida que se busca está claramente definida y no se necesita ningún análisis adicional.

Sistema multigás

Un sistema multigás combina varias células o tecnologías para monitorizar diferentes componentes con una única instalación.

Esta solución permite centralizar la toma de muestras, el acondicionamiento, la adquisición y la transmisión de datos. Además, facilita el análisis cuando es necesario correlacionar varios parámetros para interpretar el proceso.

Los sistemas de Fuji Electric pueden configurarse para medir simultáneamente numerosos componentes gaseosos e integrar, cuando sea necesario, mediciones complementarias de caudal, presión y temperatura.

¿Qué gases se pueden medir?

La configuración del sistema depende de los componentes que se deseen analizar y de sus rangos de concentración.

Las principales medidas disponibles son las siguientes:

Componente	Fórmula	Ejemplos de uso
Oxígeno	O₂	Combustión, inertización, pureza de los gases
Monóxido de carbono	CO	Combustión, seguridad, emisiones
Dióxido de carbono	CO₂	Combustión, biogás, procesos industriales
Óxido nítrico	NO	Control de emisiones
Dióxido de nitrógeno	NO₂	Vigilancia medioambiental
Óxidos de nitrógeno	NOx	Combustión y emisiones atmosféricas
Protóxido de nitrógeno	N₂O	Procesos químicos y emisiones
Dióxido de azufre	O₂	Combustión y desulfuración
Amoníaco	NH₃	Tratamiento de los NOx y control de la fuga de amoníaco
Cloruro de hidrógeno	HCl	Incinación y tratamiento de los gases de combustión
Metano	CH₄	Biogás, metanización, procesos energéticos
Hidrógeno	H₂	Procesos químicos, energía y metalurgia
Agua	H₂O	Humedad de los gases y los humos
Compuestos orgánicos volátiles	COV	Procesos industriales y control de vertidos

Los componentes medibles no se limitan a esta lista. Un estudio de la aplicación permite determinar las tecnologías compatibles con la mezcla de gases, las posibles interferencias y el rendimiento esperado.

¿Cómo elegir un sistema de análisis de gases?

La elección de un sistema de análisis de gases no depende únicamente del componente que se vaya a medir. Debe tener en cuenta todas las condiciones que puedan influir en la toma de muestras, el tratamiento de la muestra y la medición.

Los componentes y los rangos de medición

Cabe precisar lo siguiente:

los gases que se van a medir;
su concentración mínima y máxima;
las unidades deseadas;
el nivel de precisión esperado;
los umbrales de alarma;
la posible presencia de gases que puedan interferir.

Una medición en ppm no requiere la misma tecnología ni las mismas condiciones que una concentración expresada en porcentaje volumétrico.

La composición completa del gas

El vapor de agua, el polvo, los alquitranes, los aerosoles, los disolventes o los compuestos corrosivos pueden alterar la medición o dañar los instrumentos.

La composición de la mezcla debe analizarse en su conjunto, incluidos los componentes que no se miden directamente.

La temperatura y la presión del proceso

Por lo general, los gases muy calientes deben enfriarse antes de entrar en el analizador. Por el contrario, una temperatura demasiado baja en la tubería puede provocar condensación.

Las variaciones de presión también influyen en la toma de muestras, el caudal de la muestra y algunas tecnologías de medición.

El índice de humedad

La humedad es un parámetro crítico. Se puede eliminar antes del análisis, mantenerla en la muestra mediante una línea calefactada o medirla para convertir las concentraciones de gas húmedo a gas seco.

La elección depende de los componentes que se busquen y de la base de medición prevista.

La concentración de polvo

En entornos con humos y polvo, el sistema debe incorporar un sistema de filtración adecuado, un acceso sencillo a los componentes que requieren mantenimiento y, si es necesario, un dispositivo de retroalimentación de aire.

Tiempo de respuesta

El volumen de la línea, el caudal de muestreo, la distancia entre el punto de toma de muestras y el analizador, así como el número de etapas de acondicionamiento, determinan el tiempo de respuesta total.

Una aplicación de regulación rápida requiere una arquitectura diferente a la de un sistema destinado al seguimiento normativo a medio o largo plazo.

Condiciones de instalación

El sistema debe ser compatible con:

la temperatura ambiente;
la humedad;
el polvo presente en la sala;
las vibraciones;
la exposición a las inclemencias del tiempo;
las atmósferas corrosivas;
la posible clasificación como zona explosiva;
el espacio disponible para la instalación y el mantenimiento.

Las salidas y los protocolos de comunicación

Los resultados pueden transmitirse al sistema de control-mando o a la supervisión mediante señales analógicas, contactos de alarma o protocolos digitales.

Las necesidades de archivo, visualización, cálculo y trazabilidad deben definirse desde la fase de diseño del sistema.

El mantenimiento y la calibración

La accesibilidad a los filtros, las bombas, las células de medición y las botellas de gas de calibración influye directamente en la disponibilidad de la instalación.

En función del nivel de automatización deseado, el sistema puede incorporar secuencias automáticas de calibración, purga, limpieza o soplado inverso.

Aplicaciones de los sistemas de análisis de gases

Energía e instalaciones de combustión

En calderas, turbinas, hornos e instalaciones térmicas, la medición del oxígeno, el CO y el CO₂ contribuye a optimizar la combustión y a supervisar el rendimiento. Los sistemas de análisis de gases supervisan las centrales eléctricas y las instalaciones de biogás.

El análisis de los NOx, el SO₂ y otros contaminantes también permite controlar las emisiones atmosféricas.

Incineración y tratamiento de residuos

Los sistemas de análisis permiten supervisar la combustión y las emisiones en las unidades de incineración, valorización energética y tratamiento térmico.

Pueden combinar el análisis de gases con mediciones de partículas, caudal, presión y temperatura de los gases de combustión.

Metalurgia y tratamiento térmico

En los hornos y las líneas de procesamiento, la composición de la atmósfera influye directamente en la calidad del producto.

La medición del oxígeno, el hidrógeno, el monóxido de carbono o el dióxido de carbono permite controlar las atmósferas de calentamiento, recocido, galvanización o protección.

Industria química y petroquímica

El análisis de gases se utiliza para realizar un seguimiento de las reacciones, controlar las unidades de transformación, comprobar la calidad de los gases y detectar condiciones anómalas.

Los materiales, el sistema de muestreo y la clasificación de zonas deben seleccionarse en función de las propiedades químicas y los riesgos del proceso.

Biogás y metanización

La medición del metano, el dióxido de carbono, el oxígeno, el hidrógeno o el sulfuro de hidrógeno permite supervisar la producción, el tratamiento y la valorización del biogás.

Un sistema multicanal también puede analizar sucesivamente varios puntos de un mismo proceso.

Industria papelera

Los sistemas de análisis pueden utilizarse para controlar calderas, hornos de recuperación y fases de producción que requieran un control de la combustión o de la atmósfera gaseosa.

Vidrio, cerámica y cemento

El análisis de los gases de combustión y de la atmósfera de los hornos contribuye a mejorar el rendimiento térmico, a estabilizar la calidad de la producción y a controlar las emisiones.

Industria agroalimentaria

La medición de gases puede aplicarse en procesos de combustión, fermentación, secado, conservación o tratamiento de efluentes.

Las ventajas de los sistemas de análisis de gases de Fuji Electric

Una solución adaptada al proceso

La tecnología de medición, la toma de muestras y el acondicionamiento se definen en función de la composición real del gas y de las condiciones de funcionamiento.

Varias tecnologías analíticas disponibles

Fuji Electric ofrece diversas tecnologías para la medición de gases industriales: infrarrojos NDIR, paramagnética, circonio, conductividad térmica, láser y otros principios adaptados a los componentes que se desean detectar.

Equipos adaptados a la supervisión reglamentaria

Los analizadores y los sistemas pueden integrarse en instalaciones de control continuo de emisiones con el fin de medir los componentes regulados y facilitar el tratamiento de los datos.

Todos los analizadores de gases de Fuji Electric cuentan con la certificación QAL1.

Medición simultánea de varios componentes

Las arquitecturas multigás permiten agrupar varias mediciones en una misma solución y centralizar los datos del proceso.

Incorporación de parámetros adicionales

El sistema puede combinar el análisis de la composición gaseosa con mediciones de presión, temperatura, caudal o partículas de polvo para ofrecer una visión más completa de la instalación.

Automatización de las funciones esenciales

Las secuencias de toma de muestras, conmutación entre varios canales, calibración, purga y diagnóstico pueden automatizarse.

Manejo simplificado

Una interfaz de operador puede centralizar las concentraciones, las alarmas, el estado de los equipos y las operaciones de mantenimiento.

Diseño para entornos industriales

Los equipos se seleccionan en función de las condiciones de instalación: temperaturas ambientales, polvo, humedad, atmósferas corrosivas, instalación en interiores o exteriores y zonas potencialmente explosivas.

Un servicio de asistencia integral por parte de Fuji Electric France

La elección de un sistema de análisis de gases requiere tener en cuenta los datos del proceso, el rendimiento analítico esperado, las limitaciones de instalación y los objetivos de explotación.

Los especialistas de Fuji Electric France analizan su aplicación para definir:

el punto y el método de muestreo;
las tecnologías analíticas adecuadas;
el tratamiento necesario de la muestra;
los rangos de medición;
la arquitectura monogás o multigás;
los sistemas de automatización y las interfaces;
las señales de salida y las comunicaciones;
los equipos de calibración;
las condiciones de instalación y mantenimiento.

Este enfoque permite disponer de una cadena de medición coherente, desde la toma de muestras hasta la transmisión de los resultados.

Preguntas frecuentes sobre los sistemas de análisis de gases

¿Cuál es la diferencia entre un analizador y un sistema de análisis de gases?

El analizador es el instrumento que mide la concentración de uno o varios componentes. El sistema de análisis incluye también los equipos necesarios para la toma de muestras, su traslado y acondicionamiento, así como para la automatización y la transmisión de datos.

¿Se pueden medir varios gases con el mismo sistema?

Sí. Un sistema multigás puede combinar varias células o tecnologías analíticas para medir simultáneamente diferentes componentes. La compatibilidad depende de los gases que se deseen analizar, de sus concentraciones y de las posibles interferencias.

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

Una medición in situ se realiza directamente en la tubería o en la chimenea. En un sistema de extracción, se toma una muestra y se transporta a un analizador instalado a distancia. La elección depende, entre otros factores, de la temperatura, el polvo, la humedad, la accesibilidad y las tecnologías de medición.

¿Por qué hay que acondicionar el gas antes del análisis?

El sistema de acondicionamiento estabiliza el caudal, la presión, la temperatura y la humedad de la muestra. Además, protege el analizador contra el polvo, la condensación y las sustancias que podrían dañar la célula de medición.

¿Cómo se puede evitar la condensación en una línea de extracción?

Una tubería calefactada permite mantener el gas por encima de su punto de rocío hasta la etapa de tratamiento. La temperatura debe fijarse en función del contenido de agua y de los componentes que pudieran condensarse o disolverse.

¿Cómo garantizar la precisión de un sistema de análisis de gases?

La precisión depende de la tecnología analítica, pero también de la representatividad de la muestra, la estanqueidad del circuito, la estabilidad del caudal, el acondicionamiento y la calibración. Toda la cadena debe diseñarse y mantenerse como un único sistema.

¿Puede un sistema analizar varios puntos de muestreo?

Sí. Un sistema de muestreo múltiple puede alternar automáticamente entre varias líneas. No obstante, hay que tener en cuenta el tiempo de purga y el tiempo de respuesta entre cada punto de medición.

¿Qué datos hay que facilitar para dimensionar el sistema?

Se recomienda especificar los componentes y las concentraciones previstas, la composición del gas, su temperatura, su presión, su humedad, su contenido de partículas, el punto de muestreo, las condiciones ambientales, el tiempo de respuesta deseado y las necesidades de comunicación.

¿Qué tecnologías existen para los productos de análisis de gases?

Los productos de análisis de gases pueden utilizar diferentes tecnologías en función de los componentes que se vayan a medir y de las condiciones del proceso: infrarrojo NDIR, paramagnetismo, óxido de circonio, conductividad térmica, ionización por llama o diodo láser. Para el análisis rápido de varios componentes en mezclas gaseosas complejas, también se puede integrar un espectrómetro de masas en el sistema de análisis de gases.

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