Tecnología digital de sensores para la técnica de análisis de procesos (PAT)

Por: Dr. Thomas Steckenreiter (Endress+Hauser), Dr. Armin Weinig (Lanxess)
ISA InTech México,
Edición Julio – Septiembre 2008.

NUEVAS ESTRATEGIAS DE MANTENIMIENTO

La presión de los costos en la industria química continúa aumentando. Actualmente no son solamente los costos de energía y de materias primas los que rigen .permanentemente la productividad de las plantas químicas, sino principalmente los costos de personal y de mantenimiento los que afectan ostensiblemente a la competitividad. Ante esta situación, en la lucha contra la competencia se hace más importante que nunca asegurar la calidad óptima de los productos extrayendo de ellos el máximo provecho posible. Y al mismo tiempo debe estar garantizada la seguridad en la operación.

Los procesos de alto rendimiento implican igualmente un alto grado de automatización. Unos sistemas de medición, control y regulación sofisticados, combinados con unos conceptos de conducción automatizada de los procesos, sirven de gran ayuda al empresario para lograr estos objetivos. La utilización de la técnica de análisis de procesos constituye actualmente un importante componente de la técnica de medición y regulación de instalaciones químicas, ya que también proporciona datos de la máxima relevancia en cuanto se refiere a la calidad de los productos y a su aprovechamiento.

LA TÉCNICA DE MEDICIÓN DEL PH EN EL DÍA A DÍA INDUSTRIAL

Son precisamente los parámetros de los análisis de procesos – incluyendo las mediciones de pH – los que requieren con mayor frecuencia que otras magnitudes una calibración o ajuste periódicos y un mantenimiento regular. En las plantas químicas de producción de Lanxess, las mediciones de pH constituyen actualmente por término medio aproximadamente un 25 por ciento de los sistemas analíticos que se emplean, debiéndose señalar en este sentido que en algunas de las plantas se utilizan más de veinte sistemas. Así, por ejemplo, en la producción de ácido sulfúrico están instaladas aproximadamente 50 mediciones de pH, y en la producción de óxido de hierro son unas 100.

Frecuentemente incluso hay que calibrar/ajustar varias veces por semana para mantener un pH reproducible durante el funcionamiento permanente de las instalaciones. Los clásicos sistemas analógicos y de alta resistencia que se aplican son muy sensibles a la humedad, los puentes salinos, las perturbaciones CEM y las colisiones de potencial. Ello hace que se tengan que calibrar juntos el sensor, el cable y el transmisor, lo cual conlleva una gran carga de trabajo sobre el terreno para el técnico de servicio. A menudo, los fallos solamente se pueden diagnosticar cambiando alternadamente el cable y/o el sensor. Además, para poder realizar una calibración o un ajuste en una instalación se tienen que llevar soluciones tampón y de limpieza, además de agua. Por si acaso es necesario cambiar un electrodo hay que tener a la mano electrodos de repuesto, y en tal caso también se tiene que realizar la primera calibración in situ. Todo ello requiere unos preparativos minuciosos, además de tener que llevar perfectamente empaquetado todo el equipo a la instalación. Los puntos de medición están frecuentemente situados en lugares de difícil acceso, lo cual significa que el personal tiene que trabajar en una plataforma elevadora, subido en una escalera o agachado.

También debe tenerse en cuenta que el técnico de servicio debe dar parte de su llegada a la planta, recibir las instrucciones de seguridad pertinentes y llevar consigo el correspondiente equipo de seguridad. Las dificultades aumentan cuando es necesario eliminar alguna anomalía por la noche, o durante los fines de semana, ya que para ello se tiene que incluir en la planificación del servicio al personal necesario. En todos los casos, durante la operación de mantenimiento no se dispone del valor de medición.

TÉCNICA DIGITAL DE SENSORES – MEMOSENS

La tecnología de sensores Memosens de Endress+Hauser está revolucionando la metrología analítica. Actualmente se dispone ya de sensores para los parámetros pH, oxígeno disuelto y conductividad, y próximamente también para cloro y turbidez. Especialmente para la técnica de medición del pH, Endress+Hauser suministra sensores de todos los tipos que hacen posible el funcionamiento seguro de cualquier instalación. El usuario puede elegir el sensor óptimo para su proceso específico entre sensores con electrolitos con líquido, gel o polímeros y diversos tipos de diafragmas, por ejemplo de cerámica, de teflón o los denominados diafragmas abiertos. Entretanto también se pueden ofrecer sensores de esmalte de la firma Pfaudler con tecnología Memosens. El catálogo se completa con los sensores ISFET. Con él se puede seleccionar el sensor ideal para cada aplicación.

Lo innovador de la tecnología Memosens es que la digitalización de la señal de medición analógica tiene lugar directamente en el sensor, y que, además de transmitirse los valores de medición actuales, se memorizan todos los datos relevantes para la calidad, tales como la temperatura, los valores de calibración/ajusté, el lugar de emplazamiento, el número total de horas de funcionamiento o los tiempos de funcionamiento en condiciones extremas del proceso.

Gracias a ello se puede lograr una evaluación óptima del punto de medición, independientemente de su ubicación. Además, con esta medición del pH no se produce ninguna de las anomalías con las que la técnica analógica clásica tenía que luchar. La disponibilidad de los datos del sensor en cualquier lugar permite cambiar la estrategia de mantenimiento, lo cual reduce sensiblemente los costos en comparación con el modo de trabajo anterior.

NUEVA ESTRATEGIA DE MANTENIMIENTO EN LANXESS

Gracias a la tecnología Memosens se pueden concentrar en un solo lugar todas las acciones mantenimiento de los sensores de pH, tales como la limpieza, acondicionamiento, regeneración, calibración o ajuste. Con este fin, en la planta de Lanxess en Leverkusen se ha diseñado un servicio central de pH con un puesto de calibración de pH (“laboratorio pH”) controlado por computadora, que se encarga del mantenimiento y la administración de los sensores de pH de las diferentes plantas industriales.

Las condiciones reproducibles de laboratorio permiten una calibración más precisa y, por consiguiente, el control del proceso de mayor exactitud. A ello hay que añadir el hecho de que con la regeneración y limpieza periódica de los sensores de pH se prolonga su vida útil.

Naturalmente, este concepto también aumenta la disponibilidad de los puntos de del pH en la planta y ahorra costos adicionales, ya que la sustitución de los sensores puede ser llevada a cabo por el propio personal de la empresa, pues no requiere conocimientos especiales sobre la técnica de medición del pH. Los sensores únicamente tienen que ser sustituidos localmente por sensores calibrados. Esto reduce en más de un cincuenta por ciento los tiempos de mantenimiento en las instalaciones.

Otro de los componentes esenciales de esta estrategia de mantenimiento es su efectiva gestión de los datos y los sensores. Mediante una base de datos (Memobase) de nueva concepción, todos los datos específicos de cada punto de medición los datos de calibración/ajuste y los datos del proceso son registrados y gestionados centralizadamente mientras se calibran los sensores. Con esos datos se realiza el seguimiento y el análisis del ciclo de vida completo de un sensor, desde que llegan al almacén hasta su desecho. Los sistemas de medición y los planes de mantenimiento pueden ser analizados en esta base de datos y, en caso conveniente, optimizados. De este modo, el mantenimiento preventivo con una gestión de los activos perfeccionada pasa a formar parte integrante de la nueva estrategia de mantenimiento.

La base de datos Memobase gestiona todos los números de tag y contabiliza los nuevos sensores de determinados puntos y circuitos de medición o de secciones de la planta. Así, en la base de datos están vinculados coherente e inconfundiblemente los números de tag, los números de serie del sensor, el tipo de sensor y los datos de la primera calibración. En la base de datos se registra automáticamente el historial de cada sensor al realizar las calibraciones subsiguientes, agregándolas a la aplicación. Las evaluaciones para el aseguramiento de la calidad pueden realizarse así en todo momento.

Cuando el gerente o el responsable de calidad necesitan esos datos, se puede acondicionarlos apropiadamente, o también proporcionarlos en una copia de trabajo. Con este procedimiento es posible por primera vez realizar evaluaciones sistemáticas sobre el rendimiento de los puntos de medición. Ya no es necesario llevar un libro de puntos de medición. El sistema de números de muy fácil manejo, descarta la posibilidad de que se confundan los sensores, y cada sensor va allí donde debe medir, inequívocamente y con fiabilidad.

Si se persigue una seguridad aun mayor, con los transmisores de la generación Liquiline se pueden activar la verificación del número tag y la alarma del tiempo de calibración. Con ello se impide la posibilidad de que se conecten sensores equivocados, o sensores que tengan una antigüedad excesiva con respecto a la última fecha de calibración. El sistema de gestión de los sensores garantiza que el personal de la empresa siempre disponga de una cantidad suficiente de sensores. Así, el personal siempre tiene la capacidad de eliminar cualquier anomalía en la medición del pH en unos minutos, de día, de noche y durante el fin de semana, y sin necesidad de especialistas.

RENTABILIDAD DE LA TECNOLOGÍA DIGITAL DE SENSORES

Se plantea la cuestión de la rentabilidad de un cambio en la estrategia de mantenimiento de las mediciones del pH aplicando la tecnología digital de sensores.

A continuación tomaremos en consideración dos casos diferentes:

  • La instalación nueva de puntos de medición del pH con técnica analógica o digital instalando al mismo tiempo el “laboratorio pH”.
  • El reequipamiento de los puntos de medición del pH existentes aplicando la tecnología de sensores Memosens. El personal de la empresa cambia los electrodos, por lo que no se originan costos adicionales para la empresa. En el primer caso se instalan 10 puntos de medición nuevos. En el futuro, cada punto de medición estará sujeto a una calibración mensual y a un cambio de electrodos semestral. Partiendo de los tiempos conocidos para el mantenimiento in situ y en el laboratorio pH, se han calculado los costos totales que originarían la tecnología analógica alternativa y la tecnología Memosens durante un periodo de 5 años. Como se muestra en la imagen, el sobrecosto que supone la instalación de la tecnología digital, principalmente por los costos de instalación del laboratorio de pH, se amortiza al haber pasado tan sólo un poco más de un año, como consecuencia de unos costos de mantenimiento anuales menores comparados con los de la tecnología analógica. Con el ejemplo de una planta de producción de Lanxess examinaremos la rentabilidad que aporta el reequipamiento de la técnica analógica existente sustituyéndola por técnica digital. Consideramos el reequipamiento de 48 puntos de medición del pH en esta planta de producción. En la mayoría de los puntos de medición se lleva a cabo una calibración / ajuste semanalmente, en casos individuales se realizan incluso tres calibraciones / ajustes cada semana. La limpieza de los electrodos se efectúa siguiendo planes de mantenimiento específicos para cada punto de medición. Una estadística de las fallas ocurridas durante muchos años proporciona información sobre el número de cambios de electrodos requerido.

La técnica de medición analógica existente origina unos costos de mantenimiento anuales de aprox. 100,000 €. El reequipamiento con la técnica digital reduce los costos de mantenimiento anuales a aprox. 45,000. Este reequipamiento requiere unas inversiones de aprox. 70,000 €, lo cual corresponde a un retorno de inversión de aprox. 1,5 años.

Es evidente que la rentabilidad de un reequipamiento queda determinada decisivamente por los intervalos de calibración y limpieza, por lo que las consideraciones específicas sobre rentabilidad deben hacerse para las fábricas/ unidades industriales individualmente. Las evaluaciones de los puntos de medición del pH instalados en Lanxess con la tecnología de sensores Memosens revelan que, además de reducir los costos de mantenimiento, aumenta la calidad de la medición del pH y se prolonga la vida útil de los sensores de pH.

0
Compartir:

Dejar un comentario

Este sitio usa Akismet para reducir el spam. Aprende cómo se procesan los datos de tus comentarios.