5100 HD Español

Espectrmetro lser de diodo sintonizable Modelo 5100/5100 HD

Manual de usuario

90709VE REV A

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|Analizador modelo 5100/5100 HD

ContenidoOficinas Notas de seguridad Seguridad elctrica Conexin a tierra Gas de muestra Etiquetas de advertencia Informacin ambiental (WEEE) Requerimiento de sellos secundarios de proceso Advertencias especiales e informacin Compatibilidad electromagntica (EMC) Garanta y reclamos EC Declaracin de conformidad CAPTULO 1 Analizador modelo 5100 versin ATEX Generalidades Teora de espectroscopa lser de diodo sintonizable Componentes Gabinete de la electrnica Interfase de usuario Caja de conexiones de usuario Compartimento de lser de fibra ptica Sistema de muestreo Celda de muestreo Detector Lente GRINS Flujo de gas de muestra Configuracin lser Medicin Bloqueo de lser en lnea y verificacin integrada Bloqueo de lser en lnea Verificacin integrada Comunicaciones del controlador Opciones Medicin Especificaciones Instalacin y arranque Requerimientos del analizador Ubicacin Requerimientos de montaje ii vi vi vi vi vii vii viii viii ix x xi 1-1 1-2 1-3 1-3 1-4 1-4 1-5 1-5 1-6 1-6 1-6 1-6 1-7 1-7 1-8 1-8 1-8 1-9 1-10 1-10

CAPTULO 2 CAPTULO 3

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Dimensiones 5100/5100 HD Cableado Requerimientos de cableado general y conduit Conexin a tierra, blindaje y proteccin de ruido EMC Mtodo EMC de conexin a tierra Interferencia de transitorios y RFI Requerimiento de sellos secundarios de proceso Conexin del 5100/5100 HD a la alimentacin principal de AC Instalacin del analizador Accesorios suministrados por el usuario Requerimientos de presin de muestra Conexiones de gas Conexiones de E/S, comunicacin y relevadores de alarma Seales de E/S Conexin de contactos Conexin de salida de lazo de corriente Entrada analgica voltaje/corriente Conexin de comunicacin RS-485 Conexin a dos hilos Resistencia de terminacin a 2 hilos Alarmas de relevador Conexiones de cable Ethernet Interfase de usuario Descripcin general del teclado Teclas de navegacin Descripcin general de la pantalla Arranque inicial CAPTULO 4 Interfase de usuario Mapa de men Alarma Concentracin Validacin de datos Alarma de sistema Prueba NA/NC Rango analgico Concentracin mxima Concentracin mnima Configuracin de prueba Modbus Reloj Unidades de presin desplegadas en pantalla Unidades de temperatura desplegadas en pantalla Prueba de sistema Red

3-3 3-4 3-4 3-5 3-5 3-5 3-5 3-6 3-8 3-8 3-8 3-9 3-11 3-12 3-14 3-15 3-16 3-17 3-18 3-19 3-19 3-20 3-21 3-21 3-21 3-22 3-23

4-2 4-5 4-5 4-5 4-5 4-5 4-5 4-6 4-6 4-6 4-7 4-7 4-7 4-8 4-8 4-9 4-10

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Registros Modbus Mensajes de alarma CAPTULO 5 Interfase Web Conexin Ethernet Conexin de interfase web Pantalla de interfase web Mensajes y condiciones Men Alarm Alarmas Alarmas: Histricos Men Trends (Tendencias) Men Spectra (Espectro) Men Settings (Configuracin) Settings: Relays (Relevadores) Settings: Current outputs (Salidas de corriente) Settings: Configuration (Configuracin) Ethernet System (sistema) Modbus Configuration (configuracin)

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5-1 5-2 5-3 5-4 5-5 5-5 5-6 5-7 5-9 5-10 5-10 5-11 5-13 5-13 5-14 5-14 5-15

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Notas de seguridadLas ADVERTENCIAS, PRECAUCIONES y NOTAS contenidas en este manual enfatizan las instrucciones crticas como sigue: Un procedimiento operativo que, si no es observado estrictamente, puede resultar en daos al personal o contaminacin ambiental

Un procedimiento operativo que, si no es observado estrictamente, puede resultar en daos al equipo

Informacin importante que no debe ser pasada por alto

Seguridad elctricaExisten voltajes peligrosos presentes en los gabinetes del analizador cuando se aplica energa al sistema. Siempre corte los suministros de energa antes de realizar mantenimiento o solucin de problemas al analizador. Slo un elctrico calificado debe realizar conexiones elctricas y verificaciones de tierra Cualquier uso del equipo de manera no especificada por el fabricante puede anular la proteccin de seguridad suministrada originalmente por el equipo.

Conexin a tierraLa conexin a tierra del instrumento es obligatoria. Las especificaciones de funcionamiento y proteccin de seguridad se anulan si el instrumento es operado desde una fuente de alimentacin no aterrizada adecuadamente. Verifique la continuidad de la tierra de todos los equipos antes de aplicar energa.

Conexin a tierraLos riesgos potenciales del gas de muestra deben tomarse en cuenta antes de conectar la muestra al analizador. El equipo de proteccin personal y la ventilacin apropiada deben ser utilizados si el gas de muestra es txico, inflamable o corrosivo. Realice prueba de fugas a la lnea de muestra y todas las conexiones antes de encender. Consulte al personal de seguridad de la planta acerca de los lineamientos de venteo apropiado para el tipo especfico de gas de muestra.vi

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Etiquetas de advertenciaEstos smbolos pueden aparecer en el instrumento para alertarle de las condiciones existentes.

TERMINAL PROTECTORA DE CONDUCTOR

PRECAUCIN Riesgo de choque elctrico

PRECAUCIN Refirase a la documentacin del analizador

PRECAUCIN Superficie caliente

Informacin ambiental (WEEE)Este producto Ametek contiene materiales que pueden ser recuperado y reciclado. En algunos casos el producto puede contener materiales considerados peligrosos para el ambiente o el ser humano. Para evitar la liberacin de sustancias dainas al ambiente y conservar nuestros recursos naturales, AMETEK recomienda que se recicle este producto cuando llegue a su fin de vida til. El Equipo Electrnico y Elctrico de Desecho (WEEE) nunca debe ser desechado en un sistema municipal de desechos (basura residencial). La marca de Bote de basura en este producto es un recordatorio de desechar el producto apropiadamente despus de que ha concluido su vida til y removido de servicio. Los metales, plsticos y otros componentes son reciclables y usted puede contribuir realizando uno de los siguientes pasos: Cuando el equipo est listo para ser desechado, llvelo a su administrador local o regional de desechos para reciclaje En algunos casos, su equipo de desecho puede ser canjeado por crdito para la compra de nuevos equipos AMETEK. Contacte a su distribuidor para ver si este programa est disponible en su rea Si requiere ms asistencia para reciclar su producto AMETEK, contacte a nuestra oficina listada en la parte frontal del manual.

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Requerimiento de sellos secundarios de procesoEste instrumento se suministra nicamente con un sello principal de proceso (dispositivo de sello) de acuerdo con ANSI/ISA 12.27.01-2003. La instalacin apropiada de este instrumento requiere un sello secundario de proceso si una falla en el sello principal de proceso pudiera permitir que los fluidos del proceso entren a la tubera conduit o al sistema de cableado en campo. Las presiones y temperaturas mximas de gas de proceso que sern aplicadas son 10 psig (170 KPa) y 140 F (60 C).

Para ms informacin refirase a ANSI/ISA 12.27.01-2003, el NEC 2006 (clusulas 01.15 (F) (3) (CI Div 1/2) y 505.16 (E) (3) (CI Zona 1/2)) o el CEC 2006 Parte 1 Rules 18-092 (CI Zona 0), 18-108 (CI Zona 1), 18-158 (CI Zona 2), J18-108 (CI Div1) y J18-158 (CI Div2).

INFORMACIN Y ADVERTENCIAS ESPECIALESEQUIPO UTILIZADO EN INSTALACIONES PELIGROSAS CLASIFICADAS COMO CLASE I, DIV. 1 Y ZONA 1

Refirase al captulo 2 especificaciones para ms detalles acerca de la aplicacin de este equipo en reas peligrosas.

Riesgo de explosin la sustitucin de los componentes puede anular la aplicacin en reas peligrosas.

Riesgo de explosin no desconecte el equipo a menos que se haya apagado la energa o el rea se haya confirmado como no peligrosa.

Todo el cableado de entrada y salida debe realizarse de acuerdo con los mtodos de cableado para Clase I, Divisin 1 y Zona 1 (NEC Sec 501.4 (b) o CEC 18-152) y de acuerdo con la autoridad que tenga jurisdiccin en dicha zona.

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ANALIZADOR DE GAS MODELO 5100/5100HD

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El analizador de gas AMETEK 5100 serie TDLAS es un sistema extractivo. Hay dos versiones disponibles. El modelo 5100 es un analizador de analitos de un solo gas de un solo lser. Si vapor de humedad es el analito de gas medido, el metano tambin puede ser medido sin agregar un segundo lser. El modelo 5100HD es un analizador de lser sencillo o dual capaz de medir mltiples analitos de gas (capacidad para dos lsers). El 5100HD tambin puede ser configurado para celdas duales. La unidad 5100 est compuesta de ptica, electrnica completamente enclaustrada, acondicionamiento de muestra y verificacin integradas. La unidad est diseada para instalacin en exteriores y est certificada para reas peligrosas universales. Vea la pgina de especificaciones para ms detalles.

Generalidades | 1 - 1

Teora de espectroscopa de absorcin lser de diodo sintonizableLa espectroscopa de absorcin lser de diodo sintonizable es una tcnica altamente selectiva, sensitiva y verstil para medir trazas en el anlisis de un gas. La fuente de lser de diodo se emite en la regin NIR y es ideal para espectroscopa ptica debido a su estrecho ancho de banda, capacidad de sintonizacin, estabilidad, compacidad y habilidad de operacin a temperatura ambiente. En espectroscopa de absorcin directa, la medicin de bajos niveles de absorcin se vuelve difcil debido al ruido presente. Una variacin de la espectroscopa de absorcin conocida como espectroscopa de modulacin de longitud de onda proporciona un incremento sustancial en la sensibilidad sobre la aproximacin convencional. La longitud de onda de salida de lser de diodo es una funcin de la corriente y la temperatura la unin. La temperatura de la unin del diodo se sintoniza a la proximidad de la lnea de absorcin de la corriente del gas objetivo. La longitud de onda del lser es ajustada gradualmente a travs de la caracterstica de absorcin aumentando o disminuyendo la corriente de inyeccin del lser. Adems de monitorear lentamente la longitud de onda del lser sobre la absorcin (sintonizacin de la longitud de onda), la longitud de onda del lser tambin es modulada a alta frecuencia alterando sinusoidalmente la corriente de inyeccin del diodo. Esta modulacin de longitud de onda a alta frecuencia cambia la deteccin de la seal a un ancho de banda ms amplio incrementando la relacin seal/ruido en una magnitud exponencial. Se utiliza un esquema de deteccin sensible a la fase para detectar la presencia y cuantificar la seal variante con respecto al tiempo producida por el gas analizado. La seal producida en el detector contiene armnicos de seal que se utilizan para modular la longitud de onda de la fuente de lser. La salida de lser de diodo de longitud de onda modulada (WM) es sintonizada a travs de la cualidad de absorcin, la luz absorbida es proporcional a la concentracin de gas de acuerdo con la ley de Beer. Segn la longitud de onda es monitoreada a travs del perfil de absorcin atmica, la conversin de WM a AM vara. La velocidad de conversin es cero al inicio del perfil de absorcin y se incrementa lentamente, alcanzando un mximo donde la pendiente (relacin de cambio de la absorbancia con respecto a la longitud de onda) es alta y disminuye gradualmente a cero en la lnea central (pico de absorcin). El proceso se invierte y la conversin se incrementa en direccin contrario al otro lado del pico. La relacin de fase cambia en este momento. Segn el monitoreo se aleja del perfil de absorcin la AM se aleja debido a la cercana con la pendiente cero. La curva es por lo tanto el espectro derivativo de la absorcin. La normalizacin a la referencia del punto cero (medicin fuera de lnea) y a la potencia incremental del lser (la potencia de salida del lser cambia con la frecuencia) se implementa en cada monitoreo. Esto hace al sistema inmune a los cambios en la potencia recibida del lser debido a prdidas del sistema y otras fuentes.

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ComponentesEl modelo 5100 consiste de cuatro componentes modulares distintos: Gabinete de electrnica / interfase de usuario Caja de conexiones del usuario Compartimiento de lser de fibra ptica (no accesible al usuario) Sistema de muestreo

En el gabinete de electrnica del 5100HD se encuentra el lser y la fibra ptica.

Gabinete de electrnicaEl gabinete de electrnica contiene la electrnica, la pantalla y la celda de referencia de humedad y est hecho de acero inoxidable y construido para soportar ambientes rudos (IP65). Estn incluidos en el gabinete de la electrnica:

Tarjeta de conexiones del usuario Tarjeta de interfase Tarjeta MCU Fuente de alimentacin Filtro de lnea de CA Relevador de estado slido para el calentador de la celda de muestreo Sensor de presin de celda de muestreo Celda de referencia Conector Ethernet/LAN


Interfase de usuario

La interfase de usuario es una pantalla de vaco fluorescente (VFD) con 4 lneas de 20 caracteres y teclado alfanumrico. Es parte del gabinete de electrnica.

Caja de conexiones de usuarioLa caja de conexiones del usuario es un gabinete separado que alberga la tira de terminales que proporciona la conectividad de E/S, comunicacin y relevadores de alarma, el conector Ethernet RJ45 y el suministro principal de CA.

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Compartimiento de fibra ptica del lserEste compartimiento aloja el lser, las lentes GRIN y de fibra ptica y la tarjeta del detector de la celda de muestreo. No es accesible para el usuario. Adicionalmente, para el 5100HD, la celda de referencia est incluida en este compartimiento. Mdulo lser (lser, TEC, termistor) Mdulo detector (detector de InGaAs y preamplificador)

Sistema de muestreo El sistema de muestreo est alojado en un gabinete no sellado, de acero inoxidable ubicado por debajo del gabinete de la electrnica en el caso del 5100 y en la parte derecha del gabinete del 5100HD. El sistema de muestreo incluye: Celda de muestreo Separador de lquidos Sensor de temperatura de la celda Calentador

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El puerto de entrada de muestra, el dren del filtro de lquidos y el puerto de venteo estn ubicados en la parte inferior externa del gabinete para el 5100 y en a un lado para el modelo 5100HD.


Celda de muestreoLa celda de muestreo consiste de: Tubo de muestreo Espejo de superficie con recubrimiento de oro Detector de InGaAs Lente GRIN

Detector Se utilizan tpicamente dos detectores sensibles a la luz, uno para la celda de muestreo y uno para la referencia. Los detectores dan un voltaje proporcional a la intensidad de la luz que golpea el rea activa. El tipo de detectores usado vara con respecto a la longitud de onda, la cual a su vez depende del gas analizado. Lente GRIN GRIN son las siglas para ndice gradiente. Una de las ventajas ms importantes de las lentes GRIN en comparacin con las lentes clsicas es que las superficies pticas de las lentes GRIN son planas. Esto es muy importante para crear una unin de buena calidad entre la lente y la fibra ptica. La lente GRIN en la TLAS enfoca el paquete fibra ptica/lser para detectar la mejor seal. Flujo de gas de muestra La muestra fluye desde la entrada a travs de un filtro Genie donde cualquier condensado lquido es removido. El lquido removido fluye a travs de la conexin de dren al fondo del gabinete del 5100 y a un lado en el gabinete del 5100HD. La muestra de gas fluye entonces a travs de la celda de muestreo (hecha de acero inoxidable) y a travs de un1-6


rotmetro (montado externamente en el 5100) el cual despliega el flujo de muestra (5100HD no incluye un rotmetro). La presin y la temperatura de la celda son monitoreadas usando los sensores de presin y temperatura respectivamente. La celda es calentada a un mximo de 40 C en el modelo 5100 y a un mximo de 55 C en el caso del modelo 5100HD. La configuracin de la temperatura es ajustable en el 5100HD. AMETEK puede ofrecer tambin una versin especial de alta temperatura del 5100HD que puede incrementar hasta 150 C. Configuracin del lser La salida del lser est acoplada a una fibra monomodo, la cual a su vez se conecta con un splitter de fibra ptica. El splitter se utiliza para dividir la potencia ptica para uso en la medicin de la muestra y la referencia respectivamente. La salida de la muestra es acoplada al ensamble de la celda por medio de la combinacin de fibra/lente de Gradiente de ndice Refractivo (GRIN). La salida de referencia tambin se acopla similarmente a la celda de referencia. La lente GRIN ayuda a colimar la salida de la fibra ptica monomodo y dirigir el haz a travs de las celdas de muestra y referencia. El haz es reflejado por medio de un espejo en el otro extremo de la celda y es recibido por un detector sensible a la luz en el extremo de origen Medicin El detector convierte la energa de la luz recibida en una seal elctrica y la enva para procesamiento de la seal y determinacin de la concentracin del analito. La WMS y el procesamiento de la seal son digitales, lo cual proporciona una calidad mejorada a la respuesta del analizador.


Bloqueo de lnea de lser y verificacin integradaBloqueo de lnea lser La celda de referencia se utiliza para bloquear la longitud de onda de salida del diodo lser. La celda sellada de referencia contiene una concentracin conocida del analito en un gas husped, el cual no tiene absorbancia en el rango espectral de inters. Un diagrama a bloques del algoritmo de bloqueo de la longitud de onda empleado por el instrumento se muestra en la figura de abajo. Dos niveles anidados de control de temperatura se emplean para mantener la operacin del lser DFB a la longitud de onda apropiada. El primer nivel es un simple lazo de control PID, el cual mantiene el lser a una temperatura deseada. En el segundo nivel el lazo de control externo, se monitorea el espectro de las muestras del gas en las celdas de referencia. Los cambios menores en las posiciones de pico observadas se utilizan como seal de retroalimentacin para el setpoint de temperatura del lazo de control interno. Por lo tanto, el lazo de control externo proporciona un ajuste fino para el lazo de control interno. Verificacin integrada La calibracin externa es para consumo de tiempo, especialmente para especies polares como el agua con largos tiempos de equilibrio. El modelo 5100 utiliza una celda de referencia sellada (que contiene vapor de humedad en un gas bfer que no absorbe en rango espectral de inters) para verificacin rpida del analizador. La respuesta del analizador es comparada con el valor de la concentracin de humedad en la celda de referencia y la operacin del analizador es verificada continuamente.

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Comunicaciones del controladorTodas las funciones del analizador estn controladas por microprocesadores alojados dentro del gabinete de la electrnica. Estos incluyen: (1) entrada analgica no aislada (4-20 mA o 0-5 volts) (1) Entrada discreta aislada de CD (1) Salida aislada de 4-20 mA (4) vstago de vlvulas solenoides (4) contactos de relevador (2) entradas de RTD Celda de referencia de humedad Entrada de transductor piezo-resistivo (3) PWM de drives de relevador de estado slido Entrada simple aislada discreta (3) Puertos seriales: (1) RS-232, (2) RS-485 Puerto Ethernet de 100 Mbs Capacidad Modbus MQX RTOS

Los modelos 5100/5100HD estn configurados y los parmetros del analizador se ajustan utilizando la pantalla y el teclado del analizador o la interfase Web. La pantalla VFD de 4 lneas x 20 caracteres proporciona los datos de humedad, parmetros de operacin del sistema, mensajes del sistema y condiciones de alarma. El teclado de 20 botones en la parte frontal de la unidad se utiliza para ajustar o cambiar los parmetros de operacin y valores del sistema. Hay una interfase serial dentro del gabinete principal de la electrnica, el cual es slo para servicio.


OpcionesVarias opciones estn disponibles para los modelos 5100 y 5100HD Capacidad de mltiples corrientes Capacidad de celda dual (5100HD nicamente) Opcin para alta temperatura (5100HD nicamente) Mltiples analitos (5100HD nicamente)

MedicinLa fibra ptica conduce el haz del lser a travs de la lente GRIN a la celda de muestreo. Cuando el haz alcanza el espejo al extremo de la celda, se refleja de tal modo que continua hacia arriba a travs de la celda hasta que entra el detector. El detector convierte la informacin del haz en una seal elctrica que se transmite al microprocesador. El software procesa la seal y determina la concentracin de vapor de agua.

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Esta pgina fue dejada en blanco intencionalmenteGeneralidades | 1 - 11

ESPECIFICACIONESPor favor vea la tabla en la siguiente tabla.

Todas las especificaciones estn sujetas a cambio sin previo aviso.

Especificaciones | 2-1

Parmetro Longitud de onda

Especificacin Depende del analito y la disponibilidad (por ejemplo, 2004 nm para CO2 , 1854 para H2O)

Clasificacin del lser

Clase 1m

Rango dinmico

250 mAU (unidades de mili-absorbancia)

Lmite de deteccin (LOD)

0.1 mAU

Nmero de puntos de muestreo

1

Velocidad de respuesta

< 2 segundos (fotomtrico), < 30 segundos a T90 incluyendo purga de sistema de muestreo

Exactitud

+/- 1 mAU or +/- 2%, la que sea mayor

Repetibilidad


Linealidad independiente


Estabilidad

0.5% del rango a plena escala

Desviacin de cero a 24 horas

< 1 mAU

Entradas

Una entrada analgica no aislada configurable como 0-5 V o 0-20 mA Una entrada discreta de CD aislada pticamente Teclado de panel frontal Pantalla VF de 4 lneas x 20 caracteres alfanumricos Fast Ethernet (IEE802.3) Puerto serial RS-485, aislado (soporte Modicon MODBUS RTU) Puerto serial RS-232 (slo para servicio) Salida analgica aislada de 4-20mA (2 para el 5100HD) Cuatro contactos secos de relevador (rango de contacto 30 VCA, 60 VCD, 100 VA resistivo)

Salidas

Requerimientos elctricos

120 VCA (108-132 V), 47-63 Hz o 240 VCA (216-264 V), 47-63 Hz. Para el 5100 la entrada de alimentacin es universal. Para el 5100HD, el calentador del horno de CA requiere que el analizador se construya para una lnea de voltaje especfica.

Requerimientos de potencia

Para el 5100:

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