Espectroscopia <strong>de</strong> gasesIngenio en la analíticaNear Infrared) para la optimización <strong>de</strong>productos finales <strong>de</strong> alto valor, entreellos la mezcla <strong>de</strong> productos <strong>de</strong> gasolina.Las ventajas <strong>de</strong> la tecnologíaFT-NIR <strong>de</strong> proceso compren<strong>de</strong>n elanálisis <strong>de</strong> diversas propieda<strong>de</strong>s yflujos, la repetibilidad <strong>de</strong>l análisis(general mucho mejor que con losanalizadores en línea convencionales)y la precisión, que cumple las normasASTM (American Society for Testingand Materials). A<strong>de</strong>más, los analizadoresque utilizan tecnología FT-NIR <strong>de</strong>proceso pue<strong>de</strong>n mo<strong>de</strong>lar no sólo informacióndirecta sobre la composiciónquímica, sino también propieda<strong>de</strong>s<strong>de</strong> la mayoría <strong>de</strong> los flujos <strong>de</strong>lproceso, como octano, compuestosaromáticos, curvas <strong>de</strong> <strong>de</strong>stilación,cetano, punto <strong>de</strong> enturbiamiento yotros, que suelen ser las propieda<strong>de</strong>smás <strong>de</strong>mandadas por los optimizadores<strong>de</strong> unida<strong>de</strong>s y las más restrictivaspara el rendimiento <strong>de</strong> la producción.Todas estas propieda<strong>de</strong>s sepue<strong>de</strong>n obtener con un solo espectroFT-NIR.La tecnología FT-NIR consigue unaprecisión analítica tan alta como losdatos <strong>de</strong> referencia ASTM <strong>de</strong> laboratorio,con la condición <strong>de</strong> que se siganprácticas estadísticas a<strong>de</strong>cuadas. Seguramenteno se valoran a<strong>de</strong>cuadamentelas posibilida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> mejorar la repetibilidadanalítica y la disponibilidad<strong>de</strong>l analizador con la técnica FT-NIRaplicada al proceso, en comparacióncon sistemas convencionales <strong>de</strong> optimización<strong>de</strong> mezclas con varios analizadores.Para flujos <strong>de</strong> hidrocarburosligeros, la tecnología óptica FT-NIR,con bajísimo nivel <strong>de</strong> ruidos, pue<strong>de</strong>proporcionar una repetibilidad analíticaexcepcional.1 Reducción <strong>de</strong> la dispersión con un control preciso <strong>de</strong> las mezclasLa gran repetibilidad <strong>de</strong> la medición<strong>de</strong> propieda<strong>de</strong>s <strong>de</strong> las gasolinas medianteanalizadores FT-NIR <strong>de</strong> <strong>ABB</strong> esuna gran ventaja para el operador <strong>de</strong>mezclas. Los cambios <strong>de</strong> las propieda<strong>de</strong>s<strong>de</strong> las mezclas se pue<strong>de</strong>n seguircon precisión durante todo el proceso<strong>de</strong> mezclado. De otro modo, estoscambios se ‘per<strong>de</strong>rían’ en los resultadosruidosos o infrecuentes <strong>de</strong> losanálisis clásicos. El operador o el programa<strong>de</strong> control <strong>de</strong> variables múltiplespue<strong>de</strong> tomar <strong>de</strong>cisiones sobre elproceso con la confianza <strong>de</strong> que la<strong>de</strong>sviación observada es real. A<strong>de</strong>más,la repetibilidad es mejor que con elmétodo tradicional <strong>de</strong> laboratorio, <strong>de</strong>modo que se pue<strong>de</strong> reducir la dispersión<strong>de</strong> propieda<strong>de</strong>s con un controlmás riguroso, más próximo al límiteinferior 1 .Volumen <strong>de</strong> productoCon FTIR ConvencionalEspecificación <strong>de</strong> mínimosRepetibilidad RepetibilidadFTIRconvencional <strong>de</strong>laboratorio‘Indice <strong>de</strong> octano <strong>de</strong> la bomba (PON)'Puesto que los analizadores FTIRutilizados en las refinerías para analizarlos flujos <strong>de</strong> proceso y la optimización<strong>de</strong> unida<strong>de</strong>s son analizadoresauxiliares, cuyo funcionamiento<strong>de</strong>pen<strong>de</strong> <strong>de</strong> mo<strong>de</strong>los <strong>de</strong> correlacióna partir <strong>de</strong> los datos <strong>de</strong> referencia<strong>de</strong> laboratorio, para la validación esimportante mantener un registro históricocontinuo SQC <strong>de</strong> control estadístico<strong>de</strong> calidad <strong>de</strong>l comportamiento,en comparación con los estándares <strong>de</strong>laboratorio.72 Revista <strong>ABB</strong> 3/2006
Espectroscopia <strong>de</strong> gasesIngenio en la analíticaLas gran<strong>de</strong>s ventajas <strong>de</strong> la precisiónanalíticaEs posible calcular la dispersión <strong>de</strong>‘referencia’ asociada a una incertidumbre<strong>de</strong> 0,1 PON (Pump Octane Number).No es posible reducir a cero estadispersión, pero minimizarla contribuye<strong>de</strong>cisivamente al margen global <strong>de</strong>beneficios <strong>de</strong> la refinería. Por cada100.000 barriles diarios <strong>de</strong> producción<strong>de</strong> la planta, una pequeña mejora(precisión analítica <strong>de</strong> 0,02 a 0,05PON) <strong>de</strong>l producto final significa unahorro <strong>de</strong>l or<strong>de</strong>n <strong>de</strong> 1,5 a 3 millones<strong>de</strong> dólares al año [1].Argumentos claros en favor<strong>de</strong> FTIRLa tecnología FTIR es actualmente lamejor alternativa por precio, rendimiento,valor y riesgo. Dado que sebasa en la óptica, es muy flexible enlas aplicaciones con numerosos flujosy propieda<strong>de</strong>s. Esta tecnología escompatible tanto con los analizadoreslocales <strong>de</strong> muestreo completamenteextractivo, como con los sistemas <strong>de</strong>analizadores remotos, basados enfibra óptica <strong>de</strong> muestreo extractivo <strong>de</strong>múltiples celdas. Analiza numerosaspropieda<strong>de</strong>s con ciclos <strong>de</strong> análisiscortos, bien ajustados a los requisitos<strong>de</strong> un optimizador APC (AdvancedProcess Control). Es una tecnologíabien establecida, pues cuenta concientos <strong>de</strong> instalaciones en todo elmundo que atestiguan su gran éxito.Históricamente, las mediciones espectroscópicaspara el control en línea <strong>de</strong>productos finales mezclados final hantenido dificulta<strong>de</strong>s para <strong>de</strong>sarrollar, yespecialmente mantener, mo<strong>de</strong>los <strong>de</strong>calibración robustos y estables. Estalimitación ha sido superada en granmedida por los <strong>de</strong>sarrollos más recientes,como la conmutación controlada<strong>de</strong> un analizador a otro, que facilitael mantenimiento y la transportabilidad<strong>de</strong> las calibraciones <strong>de</strong>sarrolladas.La explotación <strong>de</strong> nuevos e <strong>ingenio</strong>sosprocedimientos <strong>de</strong> mo<strong>de</strong>ladoquimiométrico ha contribuido a minimizarla sensibilidad <strong>de</strong> las calibracionesa los cambios <strong>de</strong> las fórmulas <strong>de</strong>mezclado.Mike Simpsonmike.b.simpson@gb.abb.comBibliografía[1] <strong>ABB</strong> Review Special Report Instrumentation &Analytics, May 2006, pages 54–59De las ondas a losdatosLa luz transmitida o emitida por ungas contiene abundante informaciónsobre la composición química <strong>de</strong>l gasen forma <strong>de</strong> líneas espectrales. Unespectrómetro basado en la transformada<strong>de</strong> Fourier sirve para <strong>de</strong>terminareste espectro. Revista <strong>ABB</strong> presentabrevemente dos <strong>de</strong> los principiosen que se basa el instrumento:el interferograma y la transformadarápida <strong>de</strong> Fourier.El físico Albert Abraham Michelson<strong>de</strong>sarrolló en la década <strong>de</strong> 1880 elinterferómetro que lleva su nombre. Enun interferómetro <strong>de</strong> Michelson 1 , laluz inci<strong>de</strong>nte 1a se divi<strong>de</strong> en dos partespor medio <strong>de</strong> un semiespejo divisor<strong>de</strong>l haz 1b . La luz reflejada recorre dosveces la distancia d1 al espejo 1c antes<strong>de</strong> volver al divisor <strong>de</strong> haz. Análogamente,la parte transmitida recorre dosveces la distancia d2 al espejo 1d . En lasalida 1e interfieren los dos rayos. Apartir <strong>de</strong> esta interferencia se obtienela información espectral.La interferenciaLa figura 2a muestra las ondas que sepropagan <strong>de</strong>s<strong>de</strong> una fuente puntual.En 2b y 2c se ha añadido otra fuenteidéntica, superponiéndose los patrones<strong>de</strong> ondas. En algunos puntos, lospatrones se combinan formando ondas<strong>de</strong> hasta amplitud doble (interferenciaconstructiva). En otros puntoslas ondas se anulan, creando zonas <strong>de</strong>calma (interferencia <strong>de</strong>structiva). Adiferencia <strong>de</strong> estos ejemplos bidimensionales,la interferencia en un interferómetrose produce principalmentea lo largo <strong>de</strong> un eje dado (mostradoen rojo en 2 ).En 2b , la distancia entre las fuentes(o diferencia 2(d 1-d 2) entre las longitu<strong>de</strong>s<strong>de</strong> las dos trayectorias) es unmúltiplo <strong>de</strong> la longitud <strong>de</strong> onda. Lamáxima interferencia constructiva sepresenta a lo largo <strong>de</strong>l eje. En 2c seha reducido la distancia en medioperíodo, originando interferencia<strong>de</strong>structiva. En términos más generales,la intensidad <strong>de</strong> la señal en cualquierpunto <strong>de</strong>l eje varía sinusoidalmenteen función <strong>de</strong> la distancia entrelas fuentes, con una longitud <strong>de</strong> ondaidéntica a la <strong>de</strong> la señal. Esta propiedadse utiliza para <strong>de</strong>terminar la longitud<strong>de</strong> onda <strong>de</strong> la señal:I 02(dI (d 1;λ) = {1+cos{2π1-d 2)}}2λDon<strong>de</strong> I 0es la amplitud <strong>de</strong>l rayo inci<strong>de</strong>nte1a y λ su longitud <strong>de</strong> onda.Utilizando un <strong>de</strong>tector a la salida <strong>de</strong>linterferómetro 1e y variando d 1esposible trazar esta función (interferograma)y <strong>de</strong>terminar los valores <strong>de</strong>I 0y λ.Una señal real medida consta normalmente<strong>de</strong> una amplia gama <strong>de</strong> frecuenciassuperpuestas. El interferogramaresultante es la suma <strong>de</strong> los interferogramas<strong>de</strong> sus componentes cromáticos.12(dI(d 1) = ∫ I 0(λ) {1+cos{2π1-d 2)}}d λ2λPara separar estas señales será necesarioun proceso posterior.1 Principio <strong>de</strong>l interferómetro <strong>de</strong> Michelsonc{ad 1d 2{ebdRevista <strong>ABB</strong> 3/200673