Los monitores de análisis de gases disueltos (DGA) utilizan métodos de medición de cromatografía de gases (GC)
En la cromatografía de gases (GC), se analiza una muestra de gas separando primero los compuestos moleculares que la componen, y luego midiendo la concentración de cada compuesto de una en una. La separación se realiza utilizando un gas portador inerte para hacer pasar un pequeño volumen del gas de la muestra a través de una o más columnas de separación de gases .Al final de la columna, un detector registra un pico de señal a medida que cada compuesto sale de la misma en un tiempo de “retención” bien definido que es característico de ese compuesto. La concentración de cada compuesto se determina comparando la amplitud o el área integrada de cada pico detectado con la obtenida cuando se inyecta una mezcla conocida de “gas de calibración” en el mismo sistema.
Ventajas de los métodos de cromatografía de gases para el análisis de gases disueltos
Los métodos de cromatografía de gases son la piedra angular de las mediciones de análisis de gases disueltos de laboratorio en todo el mundo. Algunos monitores de análisis de gases disueltos en línea y analizadores de análisis de gases disueltos portátiles también usan métodos de cromatografía de gases debido a sus ventajas clave. Los gases de interés generalmente utilizados para evaluar el estado de los transformadores son el hidrógeno (H2), el monóxido de carbono (CO), el dióxido de carbono (CO2), el metano (CH4), el acetileno (C2H2), el etileno (C2H4), el etano (C2H6), y los componentes del aire oxígeno (O2) y nitrógeno (N2).
Cómo evitar la interferencia de “otras” especies
El enfoque de separación y medición es muy adecuado para las aplicaciones de análisis de gases disueltos porque los líquidos de los transformadores, y las muestras de gas extraídas de ellos, a menudo contienen compuestos distintos de los gases de interés. Estos “otros” compuestos pueden incluir gases de hidrocarburos más pesados, alcoholes, ácidos, SF6 (filtrado en el fluido dieléctrico de las boquillas aisladas con gas, por ejemplo), entre otros. Como se muestra en rojo en la figura 1, un sistema de cromatografía de gases bien diseñado para el análisis de gases disueltos separará las señales de los gases de interés de las señales de “otros” compuestos, de modo que la precisión de las mediciones del análisis de gases disueltos no se vea comprometida por la presencia de estos “otros” compuestos.
En comparación, las mediciones de análisis de gases disueltos basadas en la espectroscopia de absorción de infrarrojos (incluyendo NDIR, PAS, FTIR, etc.) no separan las especies de gas, sino que estiman las concentraciones de gas midiendo la absorción IR de una muestra de gas mixto. Cuando los “otros” compuestos están presentes en la muestra de gas extraída, pueden interferir con las mediciones de IR causando una absorción IR adicional superpuesta desconocida en las mismas regiones espectrales utilizadas para estimar las concentraciones de los gases de interés. Por ejemplo, el vapor de agua, que está presente en cierta medida en todas las muestras de análisis de gases disueltos, tiene una importante absorción de IR en casi todas las regiones espectrales que se utilizan para estimar las concentraciones de los gases de interés. La interferencia de “otras” especies puede dar lugar a errores significativos en las concentraciones de gas de análisis de gases disueltos notificadas, y estos errores pueden variar de forma impredecible en el tiempo con sesgos negativos y positivos dependiendo del método de IR y de los algoritmos utilizados para desacoplar las señales IR mezcladas.
Gas de calibración para una precisión durante toda la vida útil
Los métodos de cromatografía de gases mantienen su precisión durante la vida del producto mediante el uso de gas de calibración. Casi todos los sistemas de medición de gases son propensos a la deriva con el tiempo y con los cambios en el entorno operativo (por ejemplo, temperatura, presión, humedad). Calibrar el sistema de cromatografía de gases con un estándar conocido de forma periódica (por lo general a diario) sirve para compensar estas derivaciones. Como resultado, las mediciones de concentración de gas en el futuro tendrán la misma precisión que las realizadas en su primer día de uso.
A veces se pasa por alto otra ventaja de la calibración periódica: Los propios resultados de la calibración son útiles para verificar que el sistema de medición de gas funciona como está diseñado. Si los resultados de la calibración no están dentro de los límites normales, el monitor de análisis de gases disueltos puede evitar informar de datos erróneos que podrían desencadenar una condición de falsa alarma de gas para el transformador. En cambio, el sistema puede enviar una alerta de mantenimiento al equipo de gestión de activos para investigar la avería de forma no urgente.
Sensibilidad
Los monitores de análisis de gases disueltos con bajos límites de detección de gases son ventajosos para la detección e interpretación temprana de fallas, particularmente en los nuevos transformadores. Por ejemplo, es importante investigar la primera vez que un nuevo transformador desarrolla tan sólo 2 ppm de acetileno, especialmente cuando esto ocurre al principio de la vida útil, ya que puede indicar un defecto de fabricación o un daño de transporte. Algunos monitores que utilizan métodos de cromatografía de gases tienen límites de detección de subppm para el acetileno (y otros gases) y son precisos en el rango de bajas ppm. Esta sensibilidad permite detectar y rastrear tales fallas desde el primer momento, de modo que se puedan tomar medidas correctivas informadas a la mayor brevedad posible para reducir al mínimo los riesgos y daños asociados.
Entre los monitores de análisis de gases disueltos disponibles actualmente que utilizan métodos IR (NDIR, PAS, FTIR), ninguno ofrece límites de detección de subppm en los fluidos de los transformadores, particularmente en presencia de “otros” compuestos de interferencia, y con los efectos del mundo real que surgen por el hecho de la instalación a la intemperie, en un transformador, y de la extracción de gases del aceite.
Membranas de extracción de gas
Los métodos de cromatografía de gases tienen otra ventaja que es más específica de los monitores de análisis de gases disueltos en línea. El volumen de gas necesario para una medición de cromatografía de gases es muy pequeño, generalmente menos de 1 cm3. Estas pequeñas muestras de gas pueden extraerse del fluido del transformador en un ciclo de medición típico de una hora utilizando un extractor de gas de membrana semipermeable. Los extractores de membrana son eficaces para evitar que las gotas de aceite y los vapores entren en el sistema de medición de gases durante el funcionamiento del sistema. También proporcionan un medio robusto para evitar que el petróleo líquido entre en el sistema de medición de gas durante el transporte y la manipulación. En los monitores de análisis de gases disueltos de cromatografía de gases, los extractores de membrana mantienen limpias las válvulas de gas y las columnas de separación de gas, y ayudan a asegurar el rendimiento y la fiabilidad a largo plazo.
Vida útil de la columna
La mayoría de los laboratorios de análisis de gases disueltos utilizan un tipo de columna de cromatografía de gases llamada tamiz molecular para separar algunos de los gases. Con el uso, estas columnas pierden gradualmente su capacidad de separar CH4 del N2. La degradación es causada por el vapor de agua que está presente en todas las muestras de análisis de gases disueltos en algún grado. La degradación puede invertirse parcialmente “acondicionando” la columna a alta temperatura de vez en cuando, pero con el tiempo el acondicionamiento deja de ser efectivo y la columna se debe reemplazar.
La experiencia ha demostrado que si se utiliza una columna de tamiz molecular para las mediciones de análisis de gases disueltos, con 6 mediciones por día, la columna se debe reemplazar cada 3-5 años. Algunos monitores de análisis de gases disueltos de cromatografía de gases utilizan columnas que no son del tipo de tamiz molecular, expresamente para que las columnas no necesiten ser reemplazadas durante la vida del monitor.
Costos de mantenimiento
Todos los monitores en línea de análisis de gases disueltos requieren algún tipo de mantenimiento durante su vida útil. Algunos modelos requieren un mantenimiento programado in situ para limpiar o cambiar los filtros de aceite, o para asegurar que las vías de flujo de aire externo no estén obstruidas. Algunos modelos requieren una revisión importante después de 3 a 5 años de servicio, que puede hacerse sobre el terreno en algunos casos. Las actualizaciones de firmware y las descargas periódicas de “chequeo” son una buena práctica, y los costos asociados pueden minimizarse si se han configurado comunicaciones remotas para estas tareas. Naturalmente, los modelos más confiables reducen los costos asociados a las averías imprevistas.
En el caso de los monitores que utilizan métodos de cromatografía de gases, los cilindros de gas portador y de gas de calibración se deben reemplazar durante el mantenimiento programado cada 3-4 años. Para simplificar la gestión de los cilindros de gas, algunos modelos comunican a distancia las presiones de gas, las tasas de consumo de gas y el tiempo restante hasta que los cilindros se deban reemplazar. Al comparar el costo durante la vida útil de los diferentes monitores DGA, se debe considerar el costo de todas las visitas de mantenimiento, materiales y reparaciones/revisiones.
Conclusiones
Los monitores de análisis de gases disueltos que utilizan los métodos de cromatografía de gases pueden ofrecer las siguientes ventajas:
- La precisión del análisis de gases disueltos no se ve comprometida por “otros” gases y compuestos presentes en el petróleo
- La precisión del análisis de gases disueltos se mantiene a lo largo de la vida útil del producto usando el gas de calibración integrado
- La sensibilidad y precisión sub-ppm permite la detección e interpretación de fallas más tempranas
- Rango de detección excepcional desde sub ppm hasta 100.000 ppm para cubrir todas las condiciones de análisis de gases disueltos
- Extracción de gas de membrana para mantener el sistema de medición de gas limpio y lograr una confiabilidad a largo plazo, y
- Algunos monitores de cromatografía de gases utilizan columnas que no requieren un mantenimiento de reemplazos costoso durante la vida útil del monitor.
INFORMACIÓN ADICIONAL:
- Monitores de diagnóstico de análisis de gases disueltos Morgan Schaffer Calisto
- Monitores de detección de fallas Morgan Schaffer Calisto
