Detectores - Investigación
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Este documento describe diferentes tipos de detectores de gases inflamables y tóxicos, incluyendo detectores catalíticos, electroquímicos, de punto infrarrojo, infrarrojo de camino abierto, semiconductores, de conductividad térmica y de cinta de papel. También analiza las ventajas y desventajas de cada detector y recomienda el detector infrarrojo y de infrarrojo de camino abierto para uso doméstico debido a su metodología física y facilidad de uso y mantenimiento.
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- 1. DETECTORES DE GASES INFLAMABLES Y TÓXICOS Cruz Victorio Alejandro Joshua Guillén Carvajal Karen Michelle
- 2. GAS LICUADO DE PETRÓLEO Es un combustible derivado del petróleo, principalmente compuesto de butano y propano. Se produce en estado gaseoso, pero se transforma a estado liquido a través de compresión y enfriamiento. Incoloro Inodoro* Inflamable
- 3. DETECTOR CATALÍTICO Ventajas: Sencillo, capaz de medir la inflamabilidad, bajo coste de producción. X Desventajas: se descalibra fácilmente, gran consumo energético, su ubicación toma una gran parte en una medición correcta.
- 4. DETECTOR ELECTROQUÍMICO Ventajas: mide concentraciones bajas, detecta gran variedad de gases, muy bajo consumo eléctrico. X Desventajas: es difícil revelar errores sistemáticos, su ubicación es critica para su correcto funcionamiento.
- 5. DETECTOR DE PUNTO INFRARROJO Ventajas: utiliza un método físico, menos sensible a errores de calibración, útil en cualquier medio ambiente. X Desventajas: detección de gas inflamable solo en el rango del %LEL, ubicación critica para su correcto funcionamiento, consumo alto de energía.
- 6. DETECTOR INFRARROJO DE CAMINO ABIERTO Ventajas: cobertura de zona amplia, tecnología reciente y confiable, detecta concentraciones bajas, la ubicación no modifica tanto su funcionamiento. X Desventajas: precio alto de producción, no adecuado para zonas pequeñas, su ruta de detección puede ser obstruida por pantallas gaseosas (humo, niebla).
- 7. DETECTOR SEMICONDUCTOR Ventajas: solides mecánica, funcionamiento correcto incluso en humedad alta. X Desventajas: susceptible a contaminantes, complejidad de gases puede dar efectos no lineales.
- 8. DETECTOR DE CONDUCTIVIDAD TÉRMICA Ventajas: mide concentraciones de %V/V de mezclas de gas binario con la ausencia de oxígeno. X Desventajas: sólo mide altas concentraciones de gas, no puede medir gases con conductividades próximas al aire, requisitos de mantenimiento más elevados.
- 9. DETECTOR DE CINTA DE PAPEL Ventajas: sensible y selectivo para gases tóxicos, deja una prueba observable inmediata de exposición al gas, sin falsas alarmas. X Desventajas: requiere un sistema de extracción, puede necesitar acondicionamiento de muestreo.
- 10. Ventajas: • Este dispositivo está controlado por un microprocesador que emite una alarma al alcanzar concentraciones de gases de 100, 1 000 y 10 000 ppm. • Es ideal para trabajadores que desean localizar esporádicamente gases (revisión de instalaciones). X Desventajas: • No está activado las 24 horas del día. • Uso prolongado resulta costoso y afecta el medio ambiente. DETECTOR PORTABLE
- 11. COMPARACIÓN El que vemos más conveniente para instalar en casa sería: Detector de gas infrarrojo y detector de infrarrojo de gas inflamable de Camino Abierto. Ambos son útiles por su metodología de detección física en lugar de química, por lo tanto son más fáciles de utilizar y mantener, aunque ambos son un poco caros y necesitan calibración. El detector electroquímico es también muy útil por su detección de amplio espectro, pero su mantenimiento constante y especializado lo vuelve indeseable.
- 12. PROTOTIPO Fe Cu 𝐶4 𝐻10 + 13 2 𝑂2 → 4𝐶𝑂2 + 5𝐻2 𝑂 𝐶3 𝐻10 + 11 2 𝑂2 → 3𝐶𝑂2 + 5𝐻2 𝑂 2𝑂2 + 2𝐻2 𝑂 + 3𝑒− → 𝐹𝑒3 𝑂2 + 4𝑂𝐻− 2𝑃𝑏 + 4𝑂𝐻− → 2𝑃𝑏𝑂 + 2𝐻2 𝑂 + 4𝑒−
Notas del editor
- Consisten en un pequeño elemento sensor llamado a veces “perla”, “Pellistor” o “Siegistor”, siendo estas dos últimas marcas registradas para estos dispositivos comerciales. Constan de una bobina de alambre de platino calentada eléctricamente, cubierta por una base de cerámica, por ejemplo de alúmina, y finalmente con una capa exterior de catalizador de paladio o rodio dispersa en un sustrato de torio. Este tipo de sensores funciona basándose en el principio de que cuando una mezcla de gas o aire combustible pasa sobre la superficie del catalizador caliente, se produce la combustión, y el calor desprendido incrementa la temperatura de la “perla”. Esto a su vez altera la resistencia de la bobina de platino y se puede medir usando la bobina como un termómetro de temperatura en un circuito de puente eléctrico. El cambio de resistencia está directamente relacionado con la concentración de gas en la atmósfera circundante, y se puede mostrar en un medidor o en cualquier otro dispositivo indicador parecido.
- Se pueden utilizar sensores electroquímicos específicos de gas para detectar la mayoría de los gases tóxicos comunes, incluidos CO, H2S, Cl2, SO2 etc. en una amplia variedad de aplicaciones de seguridad. Los sensores electroquímicos son compactos, requieren muy poca energía, muestran una gran linealidad y repetibilidad, y generalmente tienen una larga vida útil. Los tiempos de respuesta para alcanzar el 90% de la respuesta final, son normalmente de 30 a 60 segundos y el intervalo de los límites de la detección oscila entre 0,02 y 50 ppm según el tipo de gas especificado. Se sumergen tres electrodos de difusión de gas activo en un electrolito común, con frecuencia un ácido acuoso concentrado o una solución salina, para una eficiente conducción de los iones entre los electrodos activos y los contraelectrodos. Dependiendo de la celda en concreto, el gas está oxidado o reducido en la superficie del electrodo activo. Esta reacción altera el potencial del electrodo activo en relación con el electrodo de referencia. La función principal del circuito conductor electrónico asociado a la celda es la de minimizar esta diferencia de potencial pasando corriente entre los electrodos activos y los contraelectrodos, siendo la corriente medida proporcional a la concentración de gas especificado. Se requiere una mínima concentración de oxígeno para el correcto funcionamiento. La especificidad para el gas se obtiene optimizando la electroquímica, es decir, la elección del catalizador y del electrolito, o incorporando filtros en la celda que absorban físicamente o reaccionen químicamente con ciertas moléculas de gas que interfieran para incrementar la especificidad del gas.
- Muchos gases combustibles tienen franjas de absorción en la zona infrarroja del espectro electromagnético de luz. Estos sensores tienen varias ventajas importantes sobre los de tipo catalítico. Incluyen una velocidad de respuesta muy rápida (normalmente menos de 10 segundos), un mantenimiento bajo y una comprobación muy simplificada, mediante la función de auto-comprobado de un moderno equipo controlado por microprocesador. También se pueden diseñar para que no les afecte ningún “veneno” conocido, cuentan con una seguridad intrínseca y funcionan correctamente en atmósferas inertes, y bajo una amplia variedad de condiciones de temperatura ambiente, presión y humedad. Esta técnica funciona bajo el principio de absorción de infrarrojos de doble longitud de onda, según el cual la luz atraviesa la mezcla en dos longitudes de onda, una de las cuales se ajusta al pico de absorción del gas que se pretende detectar, mientras que la otra no. Las dos fuentes de luz se pulsan alternativamente y se guían a lo largo de un camino óptico común para que salgan a través de una “ventana” con protección antideflagración y, a continuación, a través del gas de muestra. Posteriormente, un retrorreflector refleja otra vez los haces, regresando una vez más a través del gas para volver a la unidad. Aquí un detector compara las fuerzas de las señales de los haces de referencia y muestra y, por medio de una resta, se proporciona una medida de la concentración de gas. Solo gases diatómicos.
- Similar al anterior. El instrumento compara continuamente las dos señales que se transmiten a través de la atmósfera, usando tanto la radiación dispersada por detrás de un retrorreflector, o más comúnmente, en diseños más recientes, mediante un transmisor separado y un receptor. Cualquier cambio en la proporción de ambas señales se mide como gas. Sin embargo, este diseño es susceptible de sufrir interferencias de la niebla, ya que diferentes tipos de niebla pueden afectar positiva o negativamente a la proporción de las señales, y de ese modo indicar falsamente una lectura/alarma de gas por encima de la escala o una lectura/error por debajo de la escala. El diseño de 3ª generación más reciente usa un filtro de paso de doble franja que tiene dos longitudes de onda de referencia (uno a cada lado del gas) que compensa totalmente la interferencia de cualquier tipo de niebla o lluvia. Otros problemas asociados con diseños antiguos han sido superados por el uso de un diseño óptico coaxial para eliminar falsas alarmas causadas por la obstrucción parcial del haz, y por el uso de lámparas de destello de xenón y detectores de estado fiables que hacen que los instrumentos sean totalmente inmunes a las interferencias de la luz del sol o a otras fuentes de radiación como chimeneas de combustión, soldaduras por arco o los rayos.
- Su aparición permitió ofrecer la posibilidad de adquirir un detector de gas universal y de bajo coste. De igual forma que los sensores catalíticos, funcionan gracias a la absorción de gas en la superficie de un óxido caliente. De hecho, es una fina película de óxido de metal (generalmente los óxidos de los metales de transición o metales pesados, como el estaño) que se deposita en un trozo de silicona, un proceso muy parecido al usado en la fabricación de los “chips” de ordenadores. La absorción de la muestra de gas en la superficie con óxido, y su posterior oxidación catalítica, da como resultado un cambio de la resistencia eléctrica del material con óxido y se puede relacionar con la concentración de la muestra de gas. La superficie del sensor se calienta a una temperatura constante de alrededor de 200-250°C, para acelerar el ritmo de reacción y para reducir los efectos de los cambios de la temperatura ambiente. Los sensores semiconductores son simples, bastante resistentes y pueden ser muy sensibles. Se han usado con cierto éxito en la detección de gas de sulfuro de hidrógeno, y también se usan mucho en la fabricación de económicos detectores de gas domésticos. Sin embargo, han resultado ser bastante poco fiables para aplicaciones industriales, ya que no se están específicamente indicados para gases concretos y se pueden ver afectados por las variaciones atmosféricas de humedad y temperatura. Es posible que se tengan que comprobar más a menudo que otros tipos de sensores, ya que se sabe que “se duermen” (es decir, pierden sensibilidad), a no ser que se comprueben regularmente con una mezcla de gas y son lentos en responder y en recuperarse tras la exposición a una explosión de gas.
- Se usa principalmente para la detección de gases con una conductividad térmica mucho mayor que el aire, por ejemplo, el metano y el hidrógeno. Los gases con conductividades térmicas cercanas a las del aire no se pueden detectar, por ejemplo, el amoniaco y el monóxido de carbono. Los gases con conductividades térmicas inferiores a las del aire son más difíciles de detectar, ya que el vapor de agua puede causar interferencias, por ejemplo el dióxido de carbono y el butano. Las mezclas de dos gases en ausencia de aire también se pueden medir usando esta técnica. El elemento sensor caliente se expone a la muestra y el elemento de referencia se introduce en un compartimento cerrado. Si la conductividad térmica del gas es mayor que el de referencia, la temperatura del elemento sensor disminuye. Si la conductividad térmica del gas es menor que el de referencia, la temperatura del elemento de prueba incrementa. Estos cambios de temperatura son proporcionales a la concentración de gas presente en el elemento de muestra.
- Chemcassette® se basa en el uso de una tira absorbente de papel de filtro que actúa como un sustrato de reacción en seco, actúa tanto como un medio de recogida de gas como un medio de análisis de gas y se puede usar en un funcionamiento continuado. El sistema se basa en técnicas colorimétricas clásicas y es capaz de usar unos límites de detección muy bajos para un gas concreto. Se puede usar con éxito para una gran variedad de sustancias altamente tóxicas, incluidos los diisocianatos, el fosgeno, el cloro, el flúor y varios de los gases de hidruros empleados en la fabricación de semiconductores. La especificidad y la sensibilidad de la detección se consiguen mediante el uso de reactivos químicos formulados especialmente, que reaccionan sólo con el gas o los gases de muestra. A medida que las moléculas de gas se transfieren a Chemcassette® con una bomba de vacío, reaccionan con los reactivos químicos secos y forman una mancha coloreada específica sólo de ese gas. La intensidad de esta mancha es proporcional a la concentración del gas reactivo, es decir, cuanto mayor sea la concentración de gas, más oscura es la mancha. La intensidad de la mancha se mide con un sistema electroóptico que refleja luz de la superficie del sustrato en una fotocelda situada en un ángulo de la fuente de luz. Posteriormente, a medida que se desarrolla la mancha, esta luz reflejada se atenúa y el fotodetector detecta la reducción de intensidad en forma de una señal analógica. Esta señal se convierte a su vez en formato digital y, a continuación, se presenta como una concentración de gas, usando una curva de calibración generada internamente y una biblioteca de software adecuada. Esto solo serviría si lo pusiéramos alrededor del tanque o de la manguera y que estuviéramos viéndolo, por lo tanto tiene una gran desventaja en no emitir alguna señal auditiva para poder saber de una fuga sin necesidad de ir constantemente a revisar el tanque, la cocina o la manguera.
- Cuando detecta un gas inflamable emite una alarma óptica en la pantalla LCD y una alarma sonora mediante un pitido intenso.