ANALIZADOR DE DIOXIDO DE AZUFRE (SO )

ANALIZADOR DE DIOXIDO
DE AZUFRE (SO2)
MARCA: API
MODELO: 100A
El Modelo 100A es un Analizador de Dióxido de Azufre, que funciona midiendo la
Florescencia que producen las moléculas de SO2 al absorber luz UV. Es controlado por
microprocesador y posee capacidad de registro de datos gracias a su memoria interna.
Los datos almacenados pueden ser fácilmente extraidos a través de su puerto RS-232.
PRINCIPIO DE OPERACION
Ia
SO2 + hv1 →
SO2 *
(1)
I a = I 0 [1 − exp (− ax (SO 2 ))]
SO 2 * → SO 2 + hv 2
KF
F = K ( SO 2 )
(2)
(3 )
(4)
La molécula de SO 2 produce Fluorescencia (relativamente libre de interferencias) mientras absorbe
luz UV en el rango de 190 a 230 nm. Las Interferencias debidas a Aromáticos Polinucleares son
removidas por un “Kiker”.
La luz producida por una Lampara de UV se filtra a través de un filtro de bandas de 214 nm y exita
las moléculas de SO 2 produciendo fluorescencia, la cual es medida por un PMT.
PRINCIPIO DE OPERACION
a
SO 2 + hv 1 →
SO 2 *
I
(1)
I a = I 0 [1 − exp (− ax (SO 2 ))]
SO 2 * → SO 2 + hv 2
KF
F = K ( SO 2 )
(2)
(3 )
(4)
La Intensidad de la luz de excitación en cualquier punto del sistema está dad a por la ecuación (1), I 0
es la intensidad de la luz UV, a es el coeficiente de absorción del SO 2 , x la longitud del recorrido y
(SO 2 ) la concentración de SO2 . SO 2 * es una molécula de SO 2 en estado de excitación.
ESPECIFICACIONES
TECNICAS
Rangos :
Unidades :
Ruido del Zero:
Ruido del Span:
Límite Detectable mas bajo :
Desviación del Zero (24 h):
Desviación del Zero (7 d):
Desviación del Span (7 d):
Linealidad:
Precisión :
Tiempo de Retrazo:
Tiempo de Subida/Caida:
Flujo de Muestra:
En incrementos de 1ppb desde 50ppb
hasta 20,000ppb , rangos duales o auto
rango
Seleccionables ppb, ppm, µg/m 3, mg/m 3
< 0.2 ppb RMS (EPA)
< 0.5% lectura RMS (EPA) (arriba de 50
ppb)
< 0.4 ppb (EPA)
< 0.5 ppb
< 1.0 ppb
< 0.5 % F.S
Mejor que 1% F.S
0 . 5 % lectura
<20 seg (EPA)
<100 seg al 95% (EPA)
650 scc/min . ± 10%
ESPECIFICACIONES
TECNICAS
Rango de Temperatura:
Rango de Humedad:
Coeficiente Temperatura:
Coeficiente Voltage:
Dimensiones (H x W x D):
Weight:
Suministro:
Condiciones Ambientales:
Salida Recorder/DAS:
Resolución Salida Análoga :
Salidas de Estado :
5 – 40° C
0-95% HR, No condensante
< 0.1 % por °C
< 0.05 % por V
7" x 17" x 23.6“ (178 mm x 432 mm x
610 mm)
45 lb (20.5 kg) con Bomba Externa
110V/60 Hz, 220V/50 Hz, 240 V/50
Hz 250 watts 230 V~, 50 Hz, 2.5A
Categoría de Instalación (Categoría
Sobrevoltaje) II. Grado de Polución 2
2.000 m altitud máxima
± 100 mV, ± 1 V, ± 5 V, ± 10 V (BiPolar), 0- 20 o 4- 20 mA loop de
corriente
1 parte en 1024 del voltaje F.S
12 de opto- aislador
PANEL FRONTAL
• S witch de Encendido
• 3 status LED’s
• Teclado, 8
pushbuttons
• Display 2 Líneas, 4 0
caracteres
• 4 Campos: MODO,
M E N U, MENSAJE,
CONCENTRACION
PANEL POSTERIOR
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Suministro de Energía
Ventilador
Venteo
Entrada Aire Zero
Entrada Gas Span
Entrada Muestra
Registro de Datos
DAS
Control
RS-232
Salidas de Estado
Auxiliares (DB-50)
SISTEMA NEUMATICO
•
•
•
•
•
Filtro Entrada
Kicker
Celda de Reacción
Bomba
Orificio de Flujo
Crítico
VISTA SUPERIOR INTERNA
-
Filtro de Muestra
Scrubber (Opcional)
IZS (Opcional)
Sensor de Presión/Flujo
Detector
Fuente UV
Modulo Suministro
Bomba (externa opcional)
Tarjeta Madre (V- F y CPU)
A
B
D
C
Iniciamos con una lampara UV (A), un lente colimatante (B), una camara de reacción
(muestreo) (C), y un detector de referencia (D). El rayo de luz pasa a traves de la camara
de muestreo. El detector mide la intensidad de la luz.
Ahora adicionamos un filtro UV para que el rayo este solamente compuesto de luz con una
longitud de onda de 214 nm.
Ahora agregamos una bomba para succionar la muestra a traves de la camara.
SO2
Si ponemos algo de SO2 en la camara, siempre que un fotón de 214 nm golpee una
molecula de SO2, esta emitirá fluoresencia en la longitud de onda de 330 nm.
PMT
L
F
SO2
Agregando un filtro de 330 nm (F), un lente de enfoque (L) y un tubo detector
fotomultiplicador (PMT), podemos detectar la fluorescencia …. Ahora ya tenemos un
analizador.
C
F
SO2
Cuando usted enfria un PMT, este genera menos ruido. Entonces colocamos un enfriador
Termoelectrico (C) para reducir la temperatura del PMT alrededor de 7°C.
S
SO2
Con el fin de eliminar todas las otras fuentes de ruido en el analizador, introducimos un
Obturador Oscuro (S). Cuando el obturador se abre, la luz pasa a traves de la celda de
reacción.
S
SO2
Cuando el Obturador se cierra, no se origina ninguna fluoresencia y la unica salida
se debe a las señales electrónicas y ópticas no relacionadas con la fluorecencia del
SO2. Este intervalo de oscuridad es sustraido de las mediciones subsecuentes.
P
1/2
P/2
D
P(D/C)/2
- (S+O)
SO2
Las lamparas UV no son perfectamente estables. Para contabilizar su leve inestabilidad, el
analizador mide el cociente entre la intensidad de corriente de la lampara (D) y su valor
calibrado (C). A esto le llamamos cociente de la Lampara. El valor final de la concentracion
es la salida del PMT (P) (dividida por 2), multiplicada por el cociente de la lampara (antes
mencionado), menos la luz dispersa (S) y el intervalo de oscuridad (O).
HVPS
Electronicamente, empecemos con el PMT. Primero usted necesitara una fuente de
poder de alto voltaje (HVPS) para encenderlo. Nosotros usamos una fuente de
corriente limitante especial, para proteger el PMT aun cuando este es expuesto a
mucha luz.
CPU
HVPS
P
V-to-F
La salida del PMT es una corriente muy pequeña. Amplificamos esta corriente y la
cambiamos a voltaje en el preamplificador (P). Desde alli la señal es transformada
en una señal digital usando el circuito de voltaje para fecuencia (V- F). La señal
resultante es almacenada en la memoria del microprocesador (CPU).
SWITCHER
T
CPU
HVPS
P
V-to-F
Es necesario controlar la temperatura del PMT muy estrictamente. El enfriador del PMT es
operado utilizando un interruptor de encendido (Switcher). Un termistor (T) mide la temperatura
del PMT. La señal del termistor es digitalizada en la tarjeta de Voltaje Frecuencia (V-F) y
enviada a la CPU, la cual controla el interruptor para retgular la temperatura del PMT. API
regula esta temperatura entre 5 – 10°C. Por lo que no se puede formar hielo en la carcasa del
PMT.
SWITCHER
T
SP
ST
CPU
BT
HVPS
P
V-to-F
El modelo 100A corrige por cambios en la temperatura de la muestra, la cual es medida
por un termisor (ST) y la presion de la muestra, medida por un transductor de presion (SP).
También se efectúa una medición de la temperatura interna del instrumento mediante el
termistor (BT). Esta es llamada la temperatura de la caja.
H
SWITCHER
T
ST
SP
CPU
BT
RT
HVPS
P
REF
V-to-F
La señal del detector de referencia (REF) es tambien amplificada por el preamplificador (P) y
digitalizada para que la CPU pueda hacer el cálculo del cociente de la lámpara.
Adicionalmente, el modelo 100A tiene una cámara de reacción en la cual se establece una
temperatura de 50°C mediante el uso de un calentador (H), el cual es controlado por la CPU.
La temperatura de la Cámara de Reacción es medida por un temisor (RT).
H
SWITCHER
SHUTTER
T
ST
SP
CPU
BT
RT
HVPS
P
REF
V-to-F
Finalmente, el Obturador (SHUTTER) es controlado con base en el tiempo (una vez
cada 30 minutos) por la CPU.
KYPD
RS232
CPU
CC-IN
El analizador tiene varias formas de comunicarse con el mundo exterior. Usted
puede ingresar comandos a la CPU por medio del teclado (KYPD), el puerto RS232,
o por entradas de contacto cerrado (CC-IN).
KYPD
DSPLY
RS232
RS232
CPU
I/O
CC-IN
ANALOG
El analizador puede sacar diferentes clases de informacion por medio del display
(DSPLY), RS232, el conector de entrada y salida digital (I/O), y tres salidas
analogas (ANALOG).
D-to-A
CPU
D-to-A
D-to-A
Las salidas analogas son voltage (o corriente) el cual es proporcional a la
concentracion del SO2. La CPU envia su valor calculado a los convertidores
Digital-Analogo (D-to-A). Estos convertidores son muy estables y pueden ser
configurados y tambien calibrados por el usuario.
+ -
D-to-A
CPU
SO2
(High)
D-to-A
SO2
(Low)
D-to-A
Test
Las salidas analogas son paralelas para que usted pueda simultaneamente enviar la
señal a un registrador de tipo carta, a un datalogger o a un PLC. Estas parecen
teminales de tornillo en el panel tracero del analizador. Los dos sets son para rangos
diferentes de SO2. El otro set (Test) es reservada para una prueba de salida a la
seleccion del usuario.
F
Rx Cell
PUMP
Neumaticamente, el recorrido del flujo en el Modelo 100A inicia con un filtro para
material particulado de 5 micrones (F), la muestra pasa a través de la Cámara de
Reacción (Rx) y finaliza con el exhaust de una pequeña bomba interna.
P
F
Rx Cell
T
CO
FL
PUMP
La rata de fllujo real (650 cc/min) es regulada por un orificio de fllujo critico (CO).
Este flujo es medido por un transductor de flujo de masa (FL). La temperatura de
la muestra (T) es tambien medida en la salida de la celda de reaccion, y la presion
de la camara de reacción (P).
700 cc/min
F
@ 30” Hg
P
KICKER
Rx Cell
T
CO
FL
700 cc/min.
@ 7” Hg
PUMP
Debido a que los hidrocarburos tambien emiten fluorescencia nosotros necesitamos
una forma de eliminarlos de la muestra. Para hacer esto, el Modelo 100A emplea
una membrana permeable “Kicker” la cual remueve los hidrocarburos pero deja las
moleculas de SO2. Los hidorcarburos son entonces removidos por la bomba.
P
F
KICKER
Rx Cell
T
CO
FL
SAMPLE
SPAN
O
P
T
I
O
N
ZERO
API ofrece un par de valvulas en PTFE para Span y Zero controladas por la CPU.
Estas le permiten al usuario conectar su calibrador directamente en el intrumento y
de esta manera tener chequeos temporizados automááticos del zero y del span del
instrumento.
PUMP
P
F
KICKER
Rx Cell
T
CO
FL
SAMPLE
SPAN
ZERO
BYPASS
PERM
SCRUB
50 cc/min
API ofrece una fuente interna de Zero y Span (IZS), que consiste de un depurador de
carbono activado (SCRUB), un horno de tubo de permeacion (PERM), y un bypass
para evitar que el SO2 se acumule en el tubo de permeacion. De nuevo, un par de
valvulas PTFE permiten la seleccion entre muestreo Span o Zero.
PUMP
Model 100A
Felicitaciones! Ahora usted sabe lo basico sobre el Analizador de SO2 por
fluorescencia UV Modelo 100A, pero sabia usted…..
Modelo 101A
H2S
Model 101A
SCRUB
MOLY
Pero sabía usted que si agregamos un depurador de SO2 (SCRUB) y un catalizador
de molibdeno, calentado alrededor de 315°C (MOLY), podemos convertir el Acido
Sulfidrico (H2S) en la muestra en SO2. Ahora tenemos un analizador que es
especificamente para sulfuro de hidrogeno…. Este es el modelo 101A. Este
conserva todas las caracteristicas y el desempeño del Modelo 100A. Aunque el
convertidor “Moly” es mostrado como un dispositivo externo (grafica superior), en
realidad es una parte interna del instrumento.
Modelo 102A
TRS
Model 102A
800 C
SCRUB
OVEN
Otra modificacion del Modelo 100A es el Analizador de Sulfuros Reducidos Totales
Modelo 102A, el cual utiliza un horno (OVEN) de 800°C en lugar del convertidor
Moly. Un controlador de temperatura fija la temperatura del horno. El depurador, el
horno y el controlador estan ubicados en un gabinete separado.
SO2 de Alto Rango
F
B
SO2
Hay un problema cuando usted trata de operar un analizador SO2 de nivel ambiental en altos
niveles (> 20 ppm): Las moleculas de SO2 en la parte delantera de la camara de reaccion (F)
absorbe la luz de 214 nm, y debido a su concentracion causan “sombra” a las moleculas en la parte
trasera de la celda (B). Esto causa problemas de no linealidad en el analisis.
SO2 de Alto Rango
D
BS
SO2
CO
El Modelo 100AH resuelve este problema poniendo el detector de referencia (D) antes de la
camara de reaccion, usando un divisor de rayo de luz (BS). Tambien introducimos un orificio de
flujo critico (CO) en la entrada de la muestra, ubicando la celda de reaccion bajo un vacio,
reduciendo la densidad del gas que esta siendo analizado.