ES2883940T3 - Disposición de medición y procedimiento de medición para determinar una sustancia o parámetro de calidad de agua o aguas residuales - Google Patents

Disposición de medición y procedimiento de medición para determinar una sustancia o parámetro de calidad de agua o aguas residuales Download PDF

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Abstract

Disposición de medición para determinar una sustancia y/o un parámetro de calidad de agua o aguas residuales, que comprende un módulo de reacción (11) para la descomposición térmica de una muestra de agua o aguas residuales, medios para alimentar el producto de reacción a un detector en un flujo de gas portador, el detector (42, 45, 47) y un dispositivo de evaluación (43, 46, 48) para evaluar una señal de detector para derivar un valor de la sustancia o parámetro de calidad, en la que el módulo de reacción es un recipiente alargado, orientado verticalmente durante el funcionamiento con calefacción por resistencia o infrarrojos y una sección de cabeza en la que se introduce la muestra, una zona de reacción en la que se realiza la descomposición térmica, así como una sección de pie desde la que el producto de reacción se extrae en el flujo de gas portador, en la que el módulo de reacción, la calefacción por resistencia o infrarrojos y los medios para el suministro de muestras y gas portador están conformados de tal manera que, durante el funcionamiento de la disposición de medición, una temperatura exterior de la cabeza TH es <= 80 °C y una temperatura exterior del pie TF es <= 150 °C a una temperatura máxima en la zona de reacción TMAX >= 1150 °C, en la que el módulo de reacción presenta, en una configuración de dos zonas, una primera zona de calentamiento superior (11a), que está configurada para alcanzar una temperatura máxima de 800 °C, y una segunda zona de calentamiento inferior (11b), que está configurada para alcanzar una temperatura máxima de 1250 °C, caracterizada por que la primera y segunda zonas de calentamiento son calentadas a través de módulos calefactores (11c, 11d) dispuestos de forma cilíndrica hueca alrededor de la sección correspondiente del módulo de reacción a partir de una aleación especial resistente a altas temperaturas, y por que los módulos calefactores (11c, 11d) presentan aislamientos de fibras cerámicas microporosos (11e, 11f) de diferentes espesores y también la sección de pie (11g), un área (11h) entre las zonas de calentamiento y la sección de cabeza (11i, 11j) están aisladas por fibras cerámicas por debajo de una cubierta de aluminio (11k) y todo el módulo de reacción (11) está envuelto adicionalmente con un aislamiento exterior macroporoso (11l).

Description

DESCRIPCIÓN
Disposición de medición y procedimiento de medición para determinar una sustancia o parámetro de calidad de agua o aguas residuales
La invención se refiere a una disposición de medición y/o un procedimiento de medición para determinar una sustancia 0 parámetro de calidad de agua o aguas residuales.
Se conoce, para determinar el contenido de ciertos constituyentes del agua - y por lo tanto la calidad de agua potable, agua de proceso o también agua de mar y de aguas residuales contaminadas por sustancias orgánicas, compuestos nitrogenados entre otros - evaporar una muestra en una atmósfera de gas de transporte inerte enriquecido con oxígeno (gas portador) y quemarla y suministrar la mezcla de gas de combustión obtenido en este caso a un detector adecuado para comprobar el dióxido de carbono, óxidos de nitrógeno, etc.
Como detectores han demostrado su eficacia (junto a otros) los detectores infrarrojos para el contenido de carbono, los detectores de quimioluminiscencia especiales o los sensores electroquímicos respectivos para el contenido de nitrógeno y los denominados detectores culombimétricos para el contenido de halogenuros.
Los procedimientos de comprobación basados en la combustión de una muestra de agua para la determinación del contenido de sustancias orgánicas, el llamado COT (carbono orgánico total) han alcanzado una gran difusión. En este caso, se suministra normalmente una pequeña cantidad de agua con el gas de transporte a un horno calentado a una temperatura predeterminada con una calefacción por resistencia, donde se evapora y quema casi de repente, y el gas de combustión se le suministra a un detector de CO2 NDIR, cuya indicación de contenido de CO2 constituye una medida del contenido de C de la muestra de agua. Una realización avanzada de este procedimiento y un aparato correspondiente se describen en el documento DE 4344 441 C2. En el documento EP 0684 471 A2 se describe una disposición modificada para medir valores de COT muy bajos - por ejemplo, en agua de alta pureza o soluciones de alta pureza para aplicaciones médicas.
En los documentos EP 0887 643 B1 y EP 1055 927 B1, la solicitante ha propuso procedimientos más desarrollados de este tipo y reactores o disposiciones generales adecuadamente conformados. Una carga de muestras mejorada en una disposición de medición semejante es el objeto del documento WO 2016/091252 A2 de la solicitante.
El documento US 5702954 describe un procedimiento de descomposición multietapa para muestras vegetales o animales que contienen fósforo del contenido de fosfato, que incluye una combustión en presencia de un agente reductor (como hidrógeno) y una conversión posterior con ozono en otra cámara de reacción a temperatura ambiente. También el documento US 2003/0032194 A1 describe un procedimiento de oxidación multietapa, que se ha desarrollado en primer lugar para la determinación de nitrógeno y azufre, pero también de fósforo, en una muestra que contiene estos elementos. Los procedimientos de descomposición térmica que utilizan catalizadores especiales u ozono también se conocen, por ejemplo, por el documento JP 59154358 A o JP 61140863 A.
En el documento EP 2 115 453 B1 de la solicitante se describe una disposición de medición y un procedimiento de medición para determinar el contenido de fósforo de muestras de aguas residuales, que se basa en las patentes / solicitudes de la solicitante arriba mencionadas.
La invención tiene el objetivo de especificar una disposición de medición mejorada y un procedimiento de medición mejorado, que se pueden utilizar para distintas sustancias del agua o parámetros de calidad, permiten una descomposición económica de las muestras y se puede manipular de forma fácil y segura en la práctica.
Este objetivo se logra en su aspecto de dispositivo mediante una disposición con las características de la reivindicación 1 y en su aspecto de procedimiento mediante un procedimiento con las características de la reivindicación 6. Los perfeccionamientos convenientes del concepto inventivo son objeto de las reivindicaciones dependientes.
La invención incluye la idea de reducir las pérdidas de calor en el módulo de reacción de la disposición de medición mediante medidas constructivas y de control adecuadas y, en particular, de limitar las temperaturas de la carcasa del módulo de reacción en su zona de cabeza y pies crítica durante los procesos de mando. Simultáneamente debe garantizarse en la zona de reacción la temperatura máxima requerida para una descomposición eficaz de la muestra. Especialmente, el módulo de reacción propuesto y su procedimiento de funcionamiento se destacan por que el módulo de reacción, la calefacción por resistencia o infrarrojos y los medios para el suministro de muestras y gas portador están conformados de tal manera que, durante el funcionamiento de la disposición de medición, una temperatura exterior de la cabeza Th es < 80 °C y una temperatura exterior del pie Tf es < 150 °C a una temperatura máxima en la zona de reacción T max ^ 1150 °C.
Con estas medidas, por un lado, se consigue una reducción considerable del consumo de energía del módulo de reacción y, por tanto, de la disposición de medición en su conjunto, lo que, en particular en el caso de funcionamiento móvil con acumuladores o baterías, representa una ventaja considerable de los valores de uso para el usuario. Por otro lado, de este modo el manejo de la disposición de medición se vuelve aún más seguro y sencillo, y esto también representa una ventaja considerable del usuario.
En una realización de la invención, el módulo de reacción, la calefacción por resistencia o infrarrojos y los medios para el suministro de muestras y gas portador están conformados de tal manera que, durante el funcionamiento de la disposición de medición, una temperatura de la cabeza Th es < 70 °C y una temperatura del pie Tf es < 150 °C, en particular < 120 °C, en la que en particular la temperatura máxima en la zona de reacción Tmax es > 1200 °C.
El módulo de reacción y el procedimiento de funcionamiento propuestos se pueden utilizar de manera modular en distintas disposiciones de medición, que están configuradas, entre otras cosas, para determinar el nitrógeno y/o fósforo y/o el contenido de carbono orgánico, COT, o la demanda química de oxígeno, DQO.
En otra realización conveniente, el módulo de reacción está llenado en la parte predominante con un relleno de bolas cerámicas porosas. Mediante la selección de bolas cerámicas adecuadas, con el tamaño y la porosidad adaptados al caso de aplicación, se puede optimizar el caudal o el tiempo de permanencia de la muestra en la zona de reacción y, si es necesario, especialmente el tiempo de permanencia en distintos rangos de temperatura de la zona de reacción y por tanto, en conjunto el régimen de T del módulo de reacción. En las realizaciones orientadas a la práctica se utilizan bolas de AhO3, que tienen especialmente diámetros medios de 6, 4,5, 2,7 y 1,2 mm, con lo que se disponen unas sobre otras al menos dos, preferentemente cuatro capas de bolas con respectivamente un diámetro diferente, y el espesor de las capas individuales se selecciona con vistas a las condiciones concretas de aplicación y procedimiento, de tal manera que se garantice de forma segura la oxidación de las sustancias del agua en los analitos en el gas de medición en las distintas zonas de temperatura del reactor.
En la práctica han demostrado ser convenientes las realizaciones en las que el módulo de reacción presenta una pared interior (o un recipiente de reacción separado) hecho de Al2O3 que se extiende al menos a lo largo de la longitud de zona de reacción y respectivamente un inserto de CFC en la zona de cabeza y de pie con un anillo tórico que presenta una envolvente de teflón como elemento de sellado.
Como material del reactor, el óxido de aluminio tiene una resistencia a la temperatura y una conductividad térmica suficientes para las condiciones de funcionamiento y, además, una resistencia al cambio de temperatura suficiente para el funcionamiento práctico. En el caso de una reducción posible de la temperatura de descomposición, también se puede utilizar acero inoxidable de alto rendimiento. La cabeza del horno está hecha en particular de un fluorocarburo reforzado mecánicamente para el aislamiento térmico. Condicionado por la aplicación, el pie del horno está hecho de un fluorocarburo reforzado mecánicamente o de un pie de vidrio con una placa deflectora de cerámica para desviar el calor del gas de reacción caliente.
En las realizaciones prácticas, la sección de cabeza del módulo de reacción presenta un puerto de inyección para introducir temporalmente una aguja de inyección o para sujetar permanentemente un tubo de suministro, que en particular comprende un anillo tórico elástico internamente mediante un inserto de silicona o un resorte insertado. En adaptación a esta realización, la disposición de medición comprende específicamente una jeringuilla de inyección accionada por un resorte de compresión o un motor paso a paso para introducir la muestra en el módulo de reacción. Este tipo de carga del módulo de reacción con una muestra se conoce como tal, en particular por los derechos de propiedad / solicitudes anteriores del solicitante. Por lo tanto, para obtener detalles de este método de carga se puede remitir a los antecedentes de la técnica, por ejemplo, el documento WO 2016/091252 A2. En este caso, en particular al resorte de compresión o al motor paso a paso está asignado un detector para detectar el inicio de un proceso de inyección de la muestra en el módulo de reacción. Esta idea de una detección del proceso de inyección, en relación con el uso descrito más abajo de la señal de detección, es nueva.
Una realización alternativa del módulo de reacción presenta una válvula de tres vías conectada al tubo de suministro para la introducción opcional de una muestra o un líquido de enjuague en el módulo de reacción. También aquí, al elemento que provoca el suministro de la muestra, es decir a la válvula de tres vías, está asignado preferentemente un detector para detectar el inicio de un proceso de inyección de la muestra en el módulo de reacción. De acuerdo con las investigaciones de los inventores, esta realización presenta ventajas con vistas a la resistencia al desgaste de la(s) junta(s) de estanqueidad y, por lo tanto, el esfuerzo de mantenimiento para la disposición de medición, pero también puede ser ventajoso con vistas a la rapidez del suministro de la muestra y la realización rápida alterna de los procesos de medición y enjuague.
En otras realizaciones, en el puerto de inyección están previstos medios de ajuste para ajustar la posición del extremo de la aguja de inyección o del tubo de suministro en el módulo de reacción. Mediante dichos ajustes se puede influir en cierta medida en el desarrollo de temperatura en el módulo de reacción y, en particular, también en las temperaturas en la zona de cabeza y de pie.
Una realización en la que la calefacción por resistencia o infrarrojos comprende una pluralidad de elementos calefactores excitados por separado, alineados verticalmente, en particular módulos calefactores por resistencia / de aislamiento de cerámica separados, sirve igualmente al objetivo de un ajuste dirigido del desarrollo de temperatura.
En particular, en este caso un sensor de temperatura y una entrada de control correspondiente de un dispositivo de control de calentamiento están asignados a al menos uno de los elementos calefactores y el dispositivo de control de calentamiento está conformado de tal manera que en los elementos calefactores, en particular individualmente, se pueden aplicar un flujo de calentamiento dependiendo de una señal de salida del sensor de temperatura y de acuerdo con un perfil de temperatura predeterminado del módulo de reacción.
En otra realización, un dispositivo de control de calentamiento de la calefacción por resistencia o infrarrojos tiene una entrada de detector para recibir una señal de entrada de inyección que representa un proceso de entrada en curso de una muestra, y el dispositivo de control de calentamiento está conformado de tal manera que varía la potencia calefactora de la calefacción por resistencia o infrarrojos debido a la señal de entrada de inyección. Esta medida puede estar combinada en particular de manera ventajosa con la medida antes mencionada de un control de sensor de temperatura de la calefacción por resistencia o infrarrojos, a fin de tener en cuenta de manera diferenciada la influencia del proceso de inyección de la muestra sobre la distribución de temperatura en el módulo de reacción.
De acuerdo con las investigaciones de los inventores esta implementado ventajosamente un algoritmo de control PID en el dispositivo de control de calentamiento, que utiliza al menos la señal de salida de un sensor de temperatura y opcionalmente la señal de entrada de inyección para la regulación de temperatura en el módulo de reacción.
Por otro lado, el control de la disposición de medición puede estar configurado de tal manera que los medios para el suministro de muestras y gas portador presenten un dispositivo de control de suministro para suministro de muestras y gas portador controlado automáticamente, que en particular presenta al menos una conexión de entrada para recibir una señal de entrada proporcionada por el dispositivo de control de calentamiento para influir en el suministro automatizado de muestras y gas portador. En este caso, la inyección de la muestra se controla, por así decirlo, teniendo en cuenta las condiciones de temperatura actuales en el módulo de reacción y, si es necesario, se varía con respecto a un régimen estándar.
Los aspectos del procedimiento de la invención resultan en gran medida de los aspectos del dispositivo arriba explicados y, en este sentido, no se describen aquí de nuevo con más detalle.
Sin embargo, se indica el aspecto de que durante el proceso de introducción de una muestra en el módulo de reacción se genera una señal de entrada de inyección para un dispositivo de control de calentamiento de la calefacción por resistencia o infrarrojos y el dispositivo de control de calentamiento se hace funcionar de tal manera que debido a la señal de entrada de inyección varía la potencia calefactora de la calefacción por resistencia o infrarrojos.
Además, se indica el aspecto de que al menos un sensor de temperatura está asignado a los elementos calefactores de la calefacción por resistencia o infrarrojos y las señales del o de cada sensor de temperatura se suministran a las entradas de control correspondientes del dispositivo de control de calentamiento y el dispositivo de control de calentamiento se hace funcionar de tal manera que en los elementos calefactores se aplica un flujo de calentamiento dependiendo de una señal de salida del sensor de temperatura asociado y de acuerdo con un perfil de temperatura predeterminado del módulo de reacción.
También se indica que un algoritmo de regulación PID se hace funcionar ventajosamente en el dispositivo de control de calentamiento, de tal manera que este utiliza al menos la señal de salida de un sensor de temperatura y opcionalmente la señal de entrada de inyección para la regulación de temperatura en el módulo de reacción. Finalmente puede estar previsto que los medios para el suministro de muestras y gas portador presenten un dispositivo de control de suministro para el suministro de muestras y gas portador controlado automáticamente y se hagan funcionar de tal manera que se minimicen las fluctuaciones de la temperatura en la zona de reacción.
Las ventajas y conveniencias de la invención también se deducen por lo demás de la siguiente descripción de un ejemplo de realización y aspectos de realización esenciales de la invención en base a las figuras. De estos muestran:
Fig. 1 una representación global esquemática de una disposición de acuerdo con la invención,
Fig. 2 una representación esquemática en sección transversal de las secciones esenciales de un módulo de reacción de una disposición de medición de acuerdo con un modo de realización de la invención,
Fig. 3 una representación esquemática en sección longitudinal de una jeringuilla de inyección con una aguja de inyección introducida en el puerto de inyección de acuerdo con un modo de realización a modo de ejemplo de la disposición de análisis y
Fig. 4 un esquema de principio de otra realización de la carga de muestra de una disposición de medición de acuerdo con la invención.
La fig. 1 muestra, a la manera de diagrama esquemático, la estructura global de una disposición de medición 10 a modo de ejemplo para determinar distintas sustancias del agua de las aguas residuales o aguas industriales. El componente principal de la disposición 10 es un módulo de reacción 11 descrito más abajo; pero también se puede utilizar otro tipo de horno de combustión (por ejemplo, con calefacción radiante) en su lugar. En aras de una mejor claridad de la representación, las partes no esenciales para la invención, que sirven, por ejemplo, para calibrar y limpiar la disposición de medición, se han omitido en esta representación esquemática.
Una unidad de control (controlador) 12 representada simbólicamente controla la secuencia global de la descomposición de la muestra y los procesos de medición y, por supuesto, para este propósito está conectada a los dispositivos esenciales de bloqueo, transporte, calentamiento y comprobación de la disposición. La implementación, conexión y funcionamiento de dicho dispositivo de control se basan en la descripción del procedimiento dada más abajo y de la estructura del dispositivo que se explica a continuación, en el marco de la acción profesional.
Un depósito de gas portador 14 para proporcionar gas portador para los procesos de medición, con un dispositivo de válvula de entrada 15 asociado, está asignado al módulo de reacción 11 en el lado de entrada. Además, el horno tiene una unidad de control de calentamiento 17 para controlar la calefacción eléctrica del horno y un dispositivo de suministro de muestras 18 para suministrar muestras a una válvula de inyección de muestras 19 del horno.
El dispositivo de suministro de muestras 18 comprende un reservorio de muestra 20, que puede estar dispuesto, por ejemplo, en la entrada de una depuradora de aguas residuales, una unidad de inyección 21 que está montada de forma desplazable en una guía de transporte 22, y un control de transporte 23 asociado. La unidad de jeringuilla 21 comprende una jeringuilla dosificadora 24 y un motor paso a paso 25 para su accionamiento controlable con precisión y, por lo tanto, dosificación de un volumen de muestra predeterminado.
A la salida del módulo de reacción 11 está dispuesta una primera etapa de enfriamiento 26, que comprende una unidad de trampa de frío 27, un enfriador Peltier 28 y un control de temperatura 29 asociado con un sensor de temperatura 29a sobre o en la unidad de trampa de frío 27. Aguas abajo de la primera etapa de enfriamiento 26 está dispuesta una segunda etapa de enfriamiento 30, que comprende un bloque de enfriamiento 31 con un enfriador Peltier 32 asignado y una unidad de control de temperatura 33 que lo controla con un sensor de temperatura 33a.
A la primera etapa de enfriamiento 26 está asignada otra unidad de jeringuilla 34 que - análogamente a la unidad de jeringuilla 21 para cargar el horno de combustión 1 - presenta una jeringuilla de inyección 35 con un motor paso a paso 36 para su accionamiento controlado con precisión. Además, esta unidad de jeringuilla 34 también está montada en una guía de transporte 37, a la que está asignada una unidad de control de transporte 38 para desplazar la unidad de jeringuilla a una segunda posición de funcionamiento. Esta se sitúa por encima de una cubeta de paso continuo 39, en la que la aguja de la jeringuilla de inyección 35 puede encajar, así como en la trampa de frío 27. Esta segunda posición de funcionamiento se muestra a trazos en la figura, así como la posición de funcionamiento de partida de la unidad de jeringuilla 21.
Un recipiente de reactivo 41, en el que se almacena un producto químico necesario para la detección fotométrica de fósforo, está conectado a través de una bomba 40 a una entrada de la cubeta de paso continuo 39. La cubeta de paso continuo 39 sobresale en una unidad de fotómetro 42, que está conformada para el análisis fotométrico de una muestra acuosa que fluye a través de la cubeta de paso continuo 39 y cuya salida está conectada a una etapa de evaluación de fósforo 43.
A la salida de la segunda etapa de enfriamiento 30, la línea de salida 44 del horno de combustión 1 se bifurca a un detector de NO 45, que está conectado en el lado de salida a una etapa de evaluación de nitrógeno (TN) 46, y a un detector de CO247, que está conectado a una etapa de evaluación de carbono (COT) 48.
El modo de funcionamiento de la disposición de medición 13 se deduce en parte de las explicaciones arriba señaladas del procedimiento de acuerdo con la invención, pero se resumirá sucintamente de nuevo a continuación.
Por medio de la primera unidad de jeringuilla 21 se toma una muestra acuosa del reservorio 20, se transporta al horno de combustión 1 y se inyecta en este. Se evapora y quema instantáneamente a las temperaturas allí ajustadas, y el gas de combustión originado se guía desde el horno a la línea de salida 44 con un flujo de gas portador alimentado desde el reservorio de gas portador 14. En el condensador, el flujo de gas de combustión / gas portador se enfría hasta una primera temperatura de enfriamiento a la que se separa un condensado en la trampa de frío 27. De este condensado se extrae una cantidad predeterminada por medio de la segunda unidad de jeringuilla 34 y se lleva a la cubeta de paso continuo 39, donde se mezcla con el reactivo transportado a través de la bomba 40 para efectuar un proceso de comprobación fotométrica y se le suministra a la unidad de fotómetro 42 para la detección de fósforo. En la segunda etapa de enfriamiento 30, el flujo de gas de combustión / gas portador se enfría a una segunda temperatura de enfriamiento cercana a 0 °C y se les suministra a los detectores de gas 45 y 46 para la comprobación de No y CO2 en el lado de salida de la etapa de enfriamiento. Como resultado de los procesos de comprobación en los detectores 42, 45 y 47, las correspondientes etapas de evaluación 43, 46 y 48 determinan el contenido de fósforo total (PT), el contenido de nitrógeno total (NT) y el contenido de carbono orgánico total (COT) de la muestra acuosa, que se sacó del reservorio 20 y se descompuso en el horno de combustión 1.
La fig. 2 muestra, en una representación esquemática en sección transversal, secciones esenciales de un horno de combustión de muestras (módulo de reacción) 11 en una realización de acuerdo con la invención, en la que se puede utilizar un recipiente de reacción de acero inoxidable cilíndrico esencialmente alargado 13 (dibujado en contorno con una línea a trazos en la figura). Este tiene una salida tubular en el extremo inferior (extremo de pie), que se puede limpiar fácilmente desde abajo para eliminar los depósitos de sal.
En la configuración especial de dos zonas mostrada, el horno 11 presenta una primera zona de calentamiento superior 11a, en la que se puede alcanzar una temperatura máxima de 800 °C en esta realización, y una segunda zona de calentamiento inferior 11b, en la que se alcanza una temperatura máxima de 1250 °C. Ambas zonas de calentamiento se calientan a través de módulos calefactores 11c, 11d dispuestos de forma cilíndrica hueca alrededor de la sección correspondiente del recipiente de reacción 13 de una aleación especial resistente a altas temperaturas, por ejemplo, el material Kanthal-Fibrothal®.
Los módulos calefactores 11c, 11d presentan aislamientos de fibras cerámicas microporosos 11e y 11f - de diferente espesor debido a las diferentes temperaturas máximas - y también la zona de pie 119, el área 11h entre las zonas de calentamiento y la zona de cabeza 11i, 11j por debajo de una cubierta de aluminio 11k están aisladas con fibras cerámicas. Está previsto un dispositivo de carga de muestras y suministro de gas portador (no representado en la figura) en el área por encima de la cubierta 11k. Todo el módulo de reacción 11 está envuelto adicionalmente con un aislamiento exterior macroporoso 11l, que reduce significativamente tanto la temperatura en la circunferencia exterior del horno como también en su cabeza y pie, y a saber a los valores mencionados más arriba durante el funcionamiento normal del horno.
El horno de combustión 11 presenta un complejo sistema de sensores de temperatura, que igualmente puede contribuir a lograr este objetivo. Este comprende respectivamente un sensor de temperatura 11m, 11n dispuesto en la zona de cabeza y pie, así como respectivamente un sensor de temperatura 11o, 11p asignado a los módulos calefactores 11c, 11d. Todos los sensores de temperatura están conectados a las entradas correspondientes de un dispositivo de control y regulación de calentamiento que, de acuerdo con la designación del controlador 12 en la fig.
1, se designa por 12A. En el dispositivo de control y regulación de calentamiento 12A, las señales de detección de los sensores de temperatura se procesan de acuerdo con un algoritmo de optimización almacenado (eventualmente junto con las señales Sinj, que caracterizan un proceso de inyección de muestra (véase más abajo) para las señales de excitación para los módulos calefactores 11c, 11d, que controlan el suministro de corriente a estos y, por tanto, el calentamiento de las zonas de calentamiento 11a, 11b en función del tiempo. Un algoritmo de regulación PID está implementado ventajosamente en el dispositivo de control y regulación de calentamiento 12a.
La estructura del horno mostrada en la fig. 2 y descrita anteriormente contribuye, junto con la calefacción selectiva y regulada descrita, de manera ventajosa a la implementación permanente especialmente de las altas temperaturas de más de 1200 °C generadas en la segunda zona de calentamiento inferior 11c, con lo que el aislamiento especial contribuye tanto a un gasto de energía razonable, como también a excluir los peligros para el medio ambiente.
La fig. 3 muestra una representación en sección longitudinal de tipo boceto de una estructura a modo de ejemplo y la configuración geométrica adaptada entre sí de la jeringuilla de inyección MM y del puerto de inyección P del horno 11 (fig. 2) de la disposición de medición 10 (fig. 1).
El puerto de inyección P comprende un manguito de guía P1 conformado esencialmente de forma cilíndrica en su desarrollo longitudinal, cuyo diámetro y longitud están adaptados las dimensiones correspondientes de una aguja de inyección MM1 de la jeringuilla de inyección MM y cuyo eje longitudinal coincide con un eje longitudinal LA1 del horno realizado de forma cilíndrica en su forma básica. En el lado superior del puerto de inyección P está previsto un orificio P2 con un diámetro ampliado, cuyas dimensiones se adaptan a aquellas de un conector de aguja m M2 de la jeringuilla de inyección y cuya superficie frontal inferior actúa como tope para limitar la profundidad al introducir la jeringuilla de inyección. Un anillo tórico P3, que en particular puede estar realizado como anillo de silicona con un revestimiento de teflón, se sitúa como junta de estanqueidad en la superficie frontal inferior del orifico P2. Con este tope se garantiza una posición exactamente predeterminada del extremo de la aguja cortado en ángulo recto respecto al eje longitudinal de la aguja LA2 de la jeringuilla de inyección en el horno 11 y por tanto un punto de inyección exactamente predeterminado.
En el reservorio de jeringuilla MM3 está montado un émbolo de jeringuilla MM4 de forma desplazable longitudinalmente, cuyo extremo libre está configurado de manera habitual para extraer manualmente una muestra. En el extremo superior del reservorio de jeringuilla está embebido un resorte de compresión MM5, cuyo extremo superior se apoya contra la pared frontal superior del reservorio de jeringuilla y cuyo extremo inferior actúa sobre el extremo del émbolo de jeringuilla MM4. Una vez que se ha extraído la jeringuilla, el émbolo de jeringuilla con el resorte MM5 tensado se bloquea por medio de una palanca de enclavamiento MM6. Una vez que se ha liberado el enclavamiento MM6, el émbolo de la jeringuilla MM4 se presiona hacia abajo mediante la fuerza del resorte de compresión MM5 y la muestra contenida en el reservorio de jeringuilla MM3 se inyecta en el horno en un intervalo de tiempo predeterminado o a una velocidad de descarga predeterminada.
Esta descarga de la cantidad predeterminada de muestra a una velocidad exactamente predeterminada o en un intervalo de tiempo exactamente definido es tan importante para obtener resultados de análisis reproducibles como la posición y dirección de inyección exactas, que se aseguran mediante el diseño especial de la aguja de inyección y del puerto de inyección. En una realización no representada puede estar previsto un tope regulable o también algún otro tipo de dispositivo para regular la posición del extremo de la aguja de inyección en el horno, lo que también puede desempeñar un papel en el contexto del control de temperatura optimizado.
En este contexto también está la previsión de un detector posición Dinj en la palanca de enclavamiento MM6 de la jeringuilla de inyección MM, que detecta la posición de la palanca de enclavamiento y, por tanto, la liberación realizada del resorte de compresión MM5 y, por tanto, de nuevo un proceso de inyección iniciado. El detector Dinj suministra una señal de entrada de inyección Sinj al dispositivo de control y regulación de calentamiento 12A (fig. 2), que puede procesar esta señal para proporcionar una señal de excitación (momento e intensidad de corriente) para los módulos calefactores del horno. La calefacción del horno controlada por tiempo o regulada tiene en cuenta los procesos de inyección que pueden conducir a "picos de temperatura" en el horno, en el sentido de suavizar el desarrollo temporal de la temperatura y evitar picos de temperatura por encima de los valores máximos deseados en el pie del horno.
Un modo de realización alternativo de la carga de muestras del módulo de reacción (horno de combustión), representado esquemáticamente en la fig. 4, funciona de manera similar. En este caso, en lugar de una jeringuilla de inyección desplazable, se usa un tubo de suministro T instalado permanentemente en el puerto de inyección P' en conexión con una válvula de cierre o de tres vías V . Aquí, la posición de la válvula y, por tanto, un proceso de inyección que tiene lugar se puede detectar por medio de un detector de posición D'inj similar al de la fig. 3 o en el tubo de suministro T está previsto un detector de paso continuo, que detecta igualmente un proceso de inyección y proporciona una señal de entrada de inyección correspondiente para el dispositivo de control y regulación de calentamiento de la disposición de medición.
Por lo demás, la fig. 4 muestra esquemáticamente que la disposición de medición puede comprender un dispositivo de control de suministro para controlar la inyección de la muestra, que se designa con el número 12B en base a la designación del controlador 12 en la fig. 1. A este se le pueden suministrar las señales de temperatura de los sensores de temperatura individuales o de todos los sensores 11m a 11p (fig. 2), a fin de controlar los procesos de inyección de manera diferenciada mediante accionamiento de la válvula V dependiendo de las señales de temperatura, es decir, del estado de temperatura actual del horno de combustión 11.

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Disposición de medición para determinar una sustancia y/o un parámetro de calidad de agua o aguas residuales, que comprende un módulo de reacción (11) para la descomposición térmica de una muestra de agua o aguas residuales, medios para alimentar el producto de reacción a un detector en un flujo de gas portador, el detector (42, 45, 47) y un dispositivo de evaluación (43, 46, 48) para evaluar una señal de detector para derivar un valor de la sustancia o parámetro de calidad,
en la que el módulo de reacción es un recipiente alargado, orientado verticalmente durante el funcionamiento con calefacción por resistencia o infrarrojos y una sección de cabeza en la que se introduce la muestra, una zona de reacción en la que se realiza la descomposición térmica, así como una sección de pie desde la que el producto de reacción se extrae en el flujo de gas portador,
en la que el módulo de reacción, la calefacción por resistencia o infrarrojos y los medios para el suministro de muestras y gas portador están conformados de tal manera que, durante el funcionamiento de la disposición de medición, una temperatura exterior de la cabeza Th es < 80 °C y una temperatura exterior del pie Tf es < 150 °C a una temperatura máxima en la zona de reacción Tmax > 1150 °C, en la que
el módulo de reacción presenta, en una configuración de dos zonas, una primera zona de calentamiento superior (11a), que está configurada para alcanzar una temperatura máxima de 800 °C, y una segunda zona de calentamiento inferior (11b), que está configurada para alcanzar una temperatura máxima de 1250 °C,
caracterizada por que
la primera y segunda zonas de calentamiento son calentadas a través de módulos calefactores (11c, 11d) dispuestos de forma cilindrica hueca alrededor de la sección correspondiente del módulo de reacción a partir de una aleación especial resistente a altas temperaturas, y por que los módulos calefactores (11c, 11d) presentan aislamientos de fibras cerámicas microporosos (11e, 11f) de diferentes espesores y también la sección de pie (11g), un área (11h) entre las zonas de calentamiento y la sección de cabeza (11i, 11j) están aisladas por fibras cerámicas por debajo de una cubierta de aluminio (11k) y todo el módulo de reacción (11) está envuelto adicionalmente con un aislamiento exterior macroporoso (11l).
2. Disposición de medición de acuerdo con la reivindicación 1, conformada para determinar nitrógeno y/o fósforo y/o el contenido de carbono orgánico, COT, o la demanda química de oxígeno, DQO.
3. Disposición de medición de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en la que el módulo de reacción, la calefacción por resistencia o infrarrojos y los medios para el suministro de muestras y gas portador están conformados de tal manera que, durante el funcionamiento de la disposición de medición, una temperatura de la cabeza TH es < 70 °C y una temperatura del pie Tf es < 150 °C, en particular < 120 °C, en la que en particular la temperatura máxima en la zona de reacción Tmax es > 1200 °C.
4. Disposición de medición de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en la que el módulo de reacción está llenado en una parte predominante con un relleno estratificado verticalmente de bolas cerámicas porosas, en la que el diámetro medio de bola es diferente en varias capas.
5. Disposición de medición de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en la que el módulo de reacción presenta una pared interior de óxido de aluminio o acero inoxidable que se extiende al menos a lo largo de la longitud de la zona de reacción y/o un inserto de CFC reforzado en la zona de cabeza y de pie con un anillo tórico que presenta una envolvente de teflón como elemento de sellado.
6. Procedimiento de medición para la determinación de una sustancia y/o un parámetro de calidad de agua o aguas residuales mediante descomposición térmica de una muestra de agua o aguas residuales con una cantidad definida en un módulo de reacción, suministro del producto de reacción a un detector en un flujo de gas portador y evaluación de una señal de detector para derivar un valor de la sustancia o parámetro de calidad,
en el que el módulo de reacción es un recipiente alargado, orientado verticalmente durante el funcionamiento con calefacción por resistencia o infrarrojos y una sección de cabeza en la que se introduce la muestra, una zona de reacción en la que se realiza la descomposición térmica, así como una sección de pie desde la que el producto de reacción se extrae en el flujo de gas portador, en el que el módulo de reacción presenta, en una configuración de dos zonas, una primera zona de calentamiento superior (11a), que está configurada para alcanzar una temperatura máxima de 800 °C, y una segunda zona de calentamiento inferior (11b), que está configurada para alcanzar una temperatura máxima de 1250 °C,
caracterizado por que
la primera y segunda zona de calentamiento son calentadas a través de módulos calefactores (11c, 11d) dispuestos de forma cilíndrica hueca alrededor de la sección correspondiente del módulo de reacción a partir de una aleación especial resistente a altas temperaturas,
y por que
los módulos calefactores (11c, 11d) presentan aislamientos de fibras cerámicas microporosos (11e, 11f) de diferentes espesores y también la sección de pie (11g), un área (11h) entre las zonas de calentamiento y la sección de cabeza (11i, 11j) están aisladas por fibras cerámicas por debajo de una cubierta de aluminio (11k) y todo el módulo de reacción (11) está envuelto adicionalmente con un aislamiento exterior macroporoso (11l),
y por que
la calefacción por resistencia o infrarrojos y/o los medios para el suministro de muestras y gas portador se hacen funcionar de tal manera que, durante el funcionamiento de la disposición de medición, una temperatura de la cabeza Th es < 80 °C y una temperatura del pie Tf es < 150 °C a una temperatura máxima en la zona de reacción Tmax > 1150 °C.
7. Procedimiento de medición de acuerdo con la reivindicación 6, conformado para determinar nitrógeno y/o fósforo y/o el contenido de carbono orgánico, COT, o la demanda química de oxígeno, DQO.
8. Procedimiento de medición de acuerdo con la reivindicación 6 o 7, en el que la calefacción por resistencia o infrarrojos y/o los medios para el suministro de muestras y gas portador se hacen funcionar de tal manera que, durante el funcionamiento de la disposición de medición, una temperatura de la cabeza Th es < 70 °C y una temperatura del pie Tf es < 150 °C, en particular < 120 °C, en el que en particular la temperatura máxima en la zona de reacción Tmax es > 1200 °C.
9. Procedimiento de medición de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 a 8, en el que durante el proceso de introducción de una muestra en el módulo de reacción se genera una señal de entrada de inyección para un dispositivo de control de calentamiento de la calefacción por resistencia o infrarrojos y el dispositivo de control de calentamiento se hace funcionar de tal manera que debido a la señal de entrada de inyección varía la potencia calefactora de la calefacción por resistencia o infrarrojos.
10. Procedimiento de medición de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 a 9, en el que al menos un sensor de temperatura está asignado a los elementos calefactores de la calefacción por resistencia o infrarrojos y las señales del o de cada sensor de temperatura se suministran a las entradas de control correspondientes del dispositivo de control de calentamiento y el dispositivo de control de calentamiento se hace funcionar de tal manera que en los elementos calefactores se aplica un flujo de calentamiento dependiendo de una señal de salida del sensor de temperatura asociado y de acuerdo con un perfil de temperatura predeterminado del módulo de reacción.
11. Procedimiento de medición de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 a 10, en el que un algoritmo de regulación PID se hace funcionar en el dispositivo de control de calentamiento, de tal manera que este utiliza al menos la señal de salida de un sensor de temperatura y opcionalmente la señal de entrada de inyección para la regulación de temperatura en el módulo de reacción.
12. Procedimiento de medición de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 a 11, en el que los medios para el suministro de muestras y gas portador presentan un dispositivo de control de suministro para el suministro de muestras y gas portador controlado automáticamente y se hacen funcionar de tal manera que se minimizan las fluctuaciones de la temperatura en la zona de reacción.
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