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Aplicación 

Reducción de emisiones y costos operativos del uso de GCMS con un nuevo modo ecológico

Una nueva característica del software GCMS, activa las funciones de ahorro de energía y de gas de forma automática al finalizar cada ciclo de análisis. Se utiliza para reducir el flujo de gas y apagar las zonas innecesariamente calentadas, proyectando un ahorro energético estimado del 35% y una reducción de las emisiones de carbono de más de 1 tonelada al año

Por primera vez en la historia, el gobierno de los EEUU exige que las emisiones de gases de efecto invernadero sean reportadas a la Agencia de Protección Ambiental (EPA), en un esfuerzo por reducir la huella de carbono total. La regulación de la US-EPA 40 CFR 98 estipula que los establecimientos que emiten más de 25.000 toneladas al año de gases de efecto invernadero deberán entregar un reporte anual. Sin embargo, el control de la emisión de estos gases es importante no sólo para la gran industria, sino también para la pequeña y mediana.

Una forma de reducir los costos operativos y las emisiones era bajando manualmente las temperaturas, apagando la alimentación innecesaria de determinadas partes del instrumento o recortando el consumo de gas en “modo standby”. Sin embargo, en la mayoría de los casos era necesario descargar complejos métodos adicionales o ajustar manualmente parámetros individuales.

Ahora, el “modo ecológico”, una nueva característica del software GCMS, activa las funciones de ahorro de energía y de gas de forma automática al finalizar cada ciclo de análisis. Este “modo ecológico” se utiliza para reducir el flujo de gas y apagar las zonas innecesariamente calentadas, proyectando un ahorro energético estimado del 35% y una reducción de las emisiones de carbono de más de 1 tonelada al año.

En este trabajo se calculó el consumo diario de energía y se lo comparó con el de una operación GCMS típica.

Simulación de ahorro

Shimadzu Corporation ha desarrollado un calculador que permite comparar el consumo energético de sistemas GCMS anteriores con el del nuevo GCMS-QP2010 Ultra operando en “modo ecológico”.

Para esta prueba asumimos que el instrumento se utiliza 20 días por mes durante 9 horas por día.

Calculadora de consumo

Este calculador también necesita el factor de emisión de CO2, el precio actual de la electricidad y el costo de un cilindro de gas.

  • En el estado de Maryland se calculó que el factor de emisión de CO2 es de 0,558 kg / kWh
  • El precio de la electricidad a fines de 2010 era de U$S 0,09 / kWh
  • El costo de un cilindro de helio de alta pureza es de U$S 301

Modo ecológico

En lugar de llevar a cabo un típico “método de apagado”, con sólo presionar un botón mandamos al instrumento a un “modo standby” de ahorro de energía.

Modo ecológico

Aunque el software GCMSsolution viene con un método predeterminado, se puede personalizar el “modo ecológico” según las necesidades de cada usuario. También se puede ajustar cada uno de los parámetros del método para lograr el máximo ahorro posible.

Parámetros de métodos ajustables

Además de la configuración del método, se pueden personalizar los parámetros y la configuración del instrumento.

Una vez configurados estos parámetros, se puede iniciar el “modo ecológico” manualmente o bien configurarlo para que comience automáticamente al final de cada ciclo de análisis.

Configuración detallada

Consumo energético: encendido inicial

** Se encendió un sistema GCMS y se lo puso a funcionar

Consumo energético: encendido inicial

  • Se encendió tanto el GC como el MS
  • Se inició la secuencia de inicio automático
  • Se le dio tiempo al sistema para evacuar
  • Se encendió el calefactor y se descargó el método

Ejemplo de condiciones analíticas

Los parámetros del GCMS se configuraron representando un análisis típico.

Ejemplo de condiciones analíticas

  • Se fijó la temperatura del puerto de inyección split en 295°C
  • Se activó la inyección de alta presión y se configuró la relación de split en 10:1
  • Se programó la rampa del horno de columna desde 40°C hasta 330°C y de vuelta al comienzo
  • Se fijó la temperatura de la fuente de iones en 225°C
  • Se fijó la temperatura de la interfaz en 300°C
  • Luego de 2 minutos se comenzó a recoger datos MS con una velocidad de barrido de 3333 u/s.

Consumo energético: post-análisis

Se sintonizó el sistema y se preparó un método.

Consumo energético: post-análisis

  • El sistema se autosintonizó
  • Se inició un método
  • Se corrieron 17 muestras en el transcurso de dos días

Condiciones del modo ecológico

Método standard “shutdown” está precargado en el software

Condiciones del modo ecológico

  • Baja temperatura del horno y del puerto de inyección
  • Bajo flujo total del “carrier”
  • Calentador de la fuente de iones encendido

El método puede modificarse con el “Editor de análisis GCMS”, seleccionando el botón “Eco Mode” en la barra de herramientas.

Consumo energético: post-modo ecológico

Se configuró el “modo ecológico” para todo el fin de semana.

Consumo energético: post-modo ecológico

  • Se activó el “modo ecológico” el viernes a la tarde y se lo desactivó el lunes a la tarde (casi 3 días)
  • Se utilizaron los parámetros estándares para el método de apagado
  • Se llevó al sistema a los parámetros estándares y se realizaron corridas

Conclusiones

El nuevo “modo ecológico” del GCMS-QP2010 Ultra es una valiosa herramienta para reducir gastos. La capacidad del sistema de entrar automáticamente en “modo standby” tras completar un ciclo de análisis resulta en un importante ahorro. La flexibilidad de la configuración personalizada permite encender el “modo ecológico” en cualquier momento, por lo que el QP2010 Ultra ahorra energía más eficientemente.

Conclusiones

Se estima que el consumo anual de electricidad es de 6.370 kWh, y las emisiones anuales de CO2 de 3.554 kg.

Luego de medir el consumo eléctrico durante el "start-up", "stand-by", análisis y “modo ecológico”, se calculó el ahorro efectivo en el consumo de energía y en los costos operativos en general.

El cromatógrafo utilizó tres veces menos energía en el “modo ecológico” comparado con la operación normal, mientras que el MS utilizó una vez y media menos energía en el estado del “modo ecológico” durante el fin de semana.

Uso normal “Eco Mode”
Tiempo de operación 163 horas 90 horas
Consumo del GC 60 kWh 8 kWh
Consumo del MS 77 kWh 38 kWh

Más información sobre Shimadzu GCMS-QP2010 Ultra en la página del producto

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