Instrumentación Avanzada de Procesos

Sin lugar a duda la necesidad de productos más especializados y de mejor calidad, requieren de avances en el control de los procesos de fabricación y control de calidad, en la actualidad el medir presión, temperatura, flujo, etc. No es suficiente para lograr dicho performance.

Debido a esta circunstancia el avance en la instrumentación de procesos ha dado un giro, mirando técnicas y tecnologías antes solo utilizadas en el laboratorio, para introducirlas en la medición in-line y control de procesos de la planta logrando con esto controlar de una forma rápida, ágil y exacta, mejorando con ello la calidad y el tiempo de producción.

Figura 1. Conexión de equipo Raman a línea

Dentro de estas tecnologías podemos resaltar  la incorporación de instrumentos Ópticos como el NIR, F-TIR y el Raman, tecnología que abordaremos en este artículo, la cual destaca  debido a que no requiere exhaustivos procedimientos para la preparación de muestras, asi como  el equipamiento Raman puede emplearse en un entorno de producción o en aplicaciones de campo, dado que no requiere prácticamente pretratamiento de la muestra, ni ningún contacto directo con la misma, y cuenta con la capacidad única de poder realizar el análisis de la muestra a través de un material contenedor transparente, como vidrio o plástico.

Figura 2. Conexión de equipo Raman a reactor

En este sentido, en los últimos años, la espectroscopía Raman ha ganado reputación en los segmentos de mercado que requieren la identificación rápida de compuestos desconocidos, como el análisis de productos químicos de alta pureza, la medición de ingredientes farmacéuticos y la caracterización de polímeros.

Las razones detrás de este interés se deben a que la instrumentación Raman emplea software inteligente para la toma de decisiones y bibliotecas espectrales integradas, lo que la convierte en una técnica ideal para propósitos de análisis molecular.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

Cuando hacemos incidir un haz de luz láser sobre una muestra a una longitud de onda determinada, dicha muestra tendrá diferentes comportamientos de los cuales podemos identificar 3, la muestra absorberá energía, la muestra dispersará la luz a la misma longitud a la que fue incidida (efecto Rayleigh), y la muestra dispersará la luz a una longitud de onda diferente (efecto Raman o de dispersión inelástica).

Dentro de la dispersión inelástica podemos identificar dos Fenómenos.

  1. Raman Stokes: Longitud de onda Mayor al ser dispersada.
  2. Raman Anti-Stokes: Longitud de onda menor al ser dispersada.

 

Figura 3. Principio de funcionamiento

El análisis espectroscópico Raman a través del estudio de la longitud y amplitud de onda, de cada uno de los componentes de la muestra, realiza análisis cualitativos y cuantitativos, ya que cada uno de estos espectros analizados, se interpretan como una huella digital única  para cada uno de los componentes de la muestra.

Figura 4. Espectro Raman: Longitud de onda (x) vs Intensidad (y)

Análisis cuantitativo: medida de la intensidad de las longitudes de onda Raman,
Análisis cualitativo: comparación entre un espectro obtenido experimentalmente y otros espectros que forman parte de una base de datos de referencia

VENTAJAS DE LA MEDICIÓN RAMAN

Entre las ventajas principales que tenemos son las siguientes:

  • No sufre interferencia por el agua, burbujas o residuos sólidos.
  • No se requiere de complejos procesos de calibración.
  • La medición se realiza in-line (no es necesario extraer la muestra)
  • No se requieren consumibles.
  • Se realizan análisis multiparámetros.
  • No requiere pretratamiento de la muestra
  • Se pueden realizar análisis de la muestra a través de un material contenedor transparente, como vidrio o plástico.
  • Optimización y control de la calidad del proceso.

 

Figura 5. Ventajas Tecnología Raman

APLICACIONES

Algunas de las aplicaciones que se pueden realizar con esta tecnología son:

  • En procesos biotecnológicos:
    • Glucosa, Glutamina Lactosa, Amonio, Densidad celular total, etc.
  • En procesos Químicos y Petroquímicos.
    • Monitoreo y control de polimerización, hidrogenación, extruccion, Cracking, reformacion, Butadieno, estileno olefinas, etc.
  • En procesos Oil&Gas:
    • RON, MON, curva de destilación, flash-point, azufre total, índice de Cetano, etc.
  • En procesos Farmacéuticos:
    • Análisis en tiempo real de las reacciones, granulación, mezclado, secado etc.

CONCLUSIONES

En la actualidad estamos viviendo una época de cambios, y día con día veremos el avance de este tipo de tecnología en la modernización de las plantas industriales debido principalmente a la necesidad que se tiene de mejorar el control de calidad y mejorar los tiempos de proceso, buscando con ello la optimización de las plantas.

Ante estos nuevos retos que se presentan en la industria podemos observar como los jugadores principales en la industria de la instrumentación están tomando cartas en el asunto y están preparando esta nueva etapa en el negocio de la instrumentación.

Sin lugar a duda la instrumentación avanzada de tecnología Raman se alza como uno de los actores principales a seguir, debido a las múltiples ventajas tecnológicas y competitivas que presenta dentro de este tipo de analizadores, encabezando con ello esta nueva era de la INSTRUMENTACION AVANZADA DE PROCESOS.

FUENTES

  1. Lewis, I. R., & Edwards, H. (2001). Handbook of Raman spectroscopy: from the research laboratory to the process line. CRC Press.
  2. Long, D. A., & Long, D. A. (1977). Raman spectroscopy (Vol. 206). New York: McGraw-Hill.
  3. Colthup, N. (2012). Introduction to infrared and Raman spectroscopy. Elsevier.
  4. Fundamentals of Raman Spectroscopy: T. Thompson, Laser Focus World, Editorial Digest, September,2011; http://bwtek.com/wpcontent/uploads/downloads/2012/06/Appnote_Fundamentals_oCRaman_Spectroscopy.pdf

ACERCA DEL AUTOR

Mtro. Roberto Luna Moreno Ingeniero en Mecatrónica egresado del Instituto Politécnico Nacional de la UPIITA, cuenta con una maestría en Alta Dirección, y es Doctorante en Ciencias Administrativas; cursó diferentes estudios avanzados en analizadores in-line en USA y ALEMANIA. Actualmente está certificado por exida como CSFP, pertenece a la sección de seguridad de la ISA México; es miembro activo del Padrón Nacional de Evaluadores de la EMA en las magnitudes de flujo y presión y se desempeña como Chemical Industry Manager and Advance Analytics Product Manager en Endress+Hauser México.

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