El documento describe diferentes tipos de sensores de gas, incluyendo sensores electroquímicos, de semiconductor, de conductividad térmica, catalíticos e infrarrojos. Explica cómo funcionan cada uno y sus aplicaciones comunes como la detección de gases en columnas de destilación e intercambiadores de calor.

2. FART DETECTOR
 “Nada de mirar con cara de quien fue y ver como todos
se hacen los desentendidos. Tome el poder en sus
manos y sepa exactamente quien fue el vandálico que
contamina de manera silenciosa su metro cuadrado y
no asume su responsabilidad. El “Fart detector” es
capaz de localizar emisiones de gas metano y hace
sonar una alarma para poder huir a tiempo. Por sólo
$34.99 su nariz se lo agradecerá.”
Cornell's Hardware.

4. SENSORES DE GAS

5. INTRODUCCIÒN.
 En la industria interesa determinar la concentración de
los gases tales como CO2, CO + H2, O2 u otros, bien
en el análisis de humos de salida de las calderas de
vapor para comprobar su combustión correcta, bien en
el análisis de concentración de gases desde el
punto de vista de seguridad ante una eventual
explosión, etcétera.

6. SENSORES DE GAS
 Un detector de gas es un elemento
que sufre un cambio físico o
químico, reversible, en presencia
de un gas, para dar una señal que es
transmitida, mostrada o utilizada
para operar alarmas y controles.

7.  Los analizadores se basan en general en propiedades
características de los gases, tales como la
conductibilidad térmica, el paramagnetismo del
oxígeno y el coeficiente de absorción infrarroja.

8. Conductividad térmica
Esta técnica de detección de gas es adecuada para la medición
de altas concentraciones (% V/V) de mezclas de gases
binarios. 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.
Conductividad termica de
algunos gases.

9.  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.
Sensor degas por su
resistencia termica.

10.  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.

11. PARAMAGNETISMO
 La mayoría de los gases son levemente diamagnéticos y son
repelidos del campo magnético. El oxígeno es diferente, es un
gas paramagnético, lo que significa que es atraído por un
campo magnético. Hay un número de analizadores que utilizan
las propiedades paramagnéticas del oxígeno.

12.  El paramagnetismo depende mucho de la
temperatura. Las moléculas de oxígeno frío son
atraídas por un campo magnético fuerte y cuando se
calientan dejan el campo magnético. Esto da lugar a
una corriente la cual genera mediciones de contenidos
de oxígeno.

13. ABSORCION INFRAROJA
 Muchos gases combustibles tienen franjas de
absorción en la zona infrarroja del espectro
electromagnético de luz, y el principio de la absorción
infrarroja se ha usado como una herramienta analítica
de laboratorio durante muchos años.

14. Parámetros
Dependiendo del tipo de
sensor y de la clase de
gas, existen diferentes
parámetros a considerar, por
ejemplo:

15. Cortesia: PCE Ibérica S.L.

16. Cortesia: PCE Ibérica S.L.

17. Cortesia: PCE Ibérica S.L.

18. Cortesia: PCE Ibérica S.L.

19. Tipos de Sensores de Gas
o Sensores Electroquímicos
o Sensores por Semiconductor
o Sensores de Conductividad Térmica
o Sensores Catalíticos
o Sensores Infrarrojos

20. SENSORES ELECTROQUÍMICOS
Estan formados por dos electrodos sumergidos
en un medio electrolítico común. El electrolito es
aislado de las influencias externas mediante una
barrera, que puede ser una membrana permeable al
gas, un medio de difusión o un capilar.

21. Durante el funcionamiento, un voltaje polarizado
es aplicado a los electrodos y cuando el gas
penetra en el sensor una reacción redox genera
una corriente eléctrica proporcional a la
concentración del gas.

22. 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.

23. Los sensores electroquímicos son compactos, requieren
muy poca energía, muestran una gran linealidad y
repetibilidad, y generalmente tienen una larga vida
útil, normalmente de uno a tres años. Los tiempos de
respuesta, indicados como T90, es decir, tiempo 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.

24. Sensores por Semiconductor
El sensor es fabricado con materiales
semiconductores opera por la propiedad de
adsorción de gas en la superficie de un óxido
calentado depositada en una base de sílice. En
la mayoría de casos el proceso es muy similar
al utilizado en la manufactura de “chips”.

25. La absorción de la muestra de gas en la superficie
del óxido, seguida de una oxidación
catalítica, termina en un cambio de la resistencia
eléctrica del material oxidado que puede
relacionarse con la concentración del gas.

26. Chemcassette® Sensor.
Cortesia HoneyWella

27. SENSORES DE CONDUCTIVIDAD TÉRMICA
Consisten en la disposición de al menos dos
filamentos con propiedades conductoras y térmicas
(“termistores”) formando parte de un “puente de
Wheastone”. Cada filamento se ubica en una célula
independiente y el conjunto está a una temperatura
definida.

28. En la célula de referencia se encierra una cantidad
determinada de un gas estándar (por ejemplo aire)
En la célula de medida penetra el gas a detectar. Su
conductividad térmica, diferente de la del gas de
referencia, hace que la temperatura del filamento se
altere y, en consecuencia, se desequilibre el circuito
“puente de Wheastone”.

29. Sensores Catalíticos
Consiste en un pequeño elemento denominado
pellistor”, “perla” que está formado por un filamento de
Platino calentado eléctricamente. Este filamento está
recubierto primeramente con una base cerámica y
posteriormente por una dispersión catalítica de Paladio o
Rodio en un sustrato de Torio.

30. Cuando una mezcla de aire y gas inflamable se
pone en contacto con la superficie caliente del
catalizador, se produce una combustión que
aumenta la temperatura de la “perla” lo cual altera
la resistencia del filamento de platino que a su vez
es medida en un circuito tipo “puente de
Wheastone” El cambio de resistencia está
directamente relacionado con la concentración de
gas presente.

31. Sensores Infrarrojos
El sensor infrarrojo de punto se basa en el hecho de
que muchos gases combustibles tienen bandas de
absorción en el espectro infrarrojo.

32.  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.

34. Requisitos de Instalación
En general cada sensor viene con su correspondiente
manual para montaje y condiciones de operación, pero
en general hay ciertas normas que son del común para la
mayoría de los sensores de gas.
 Sala seca: El sensor debe instalarse en un punto en el
que no pueda quedar expuesto al agua, procedente por
ejemplo del sistema de extinción de incendios.

35.  La temperatura ambiente debe encontrarse dentro del
intervalo indicado en los datos técnicos del sensor.

36.  Local sin vibración.

37.  El sensor no debe quedar expuesto a fuentes de calor o
luz solar directa, ni tampoco a circulación fuerte de
aire.

38.  Humedad atmosférica permitida: humedad relativa
máx.: 80 % (sin condensación).

39. Ubicación del Sensor
Para el correcto funcionamiento del detector, éste se ha de
instalar en forma adecuada dependiendo del gas que
queramos detectar.
Entre el sensor de gas y la muestra que queramos detectar no
tienen que haber obstáculos a saber (divisorios, columnas,
muebles, puertas, etc.), que puedan bloquear el flujo del gas
hacia el detector. Además, el aparato no deberá ser colocado
en proximidad de ventanas, extractores, fuentes de vapor,
salidas de humos, etc.

40. EJEMPLOS DE APLICACIÓN

41. COLUMNA DE DESTILACION
 En la columna de destilacion se usa sensores de gases
para controlar la concentracion de los gases que salen
por la parte superior de la columna de destilacion que
son incondesables.

42. EJEMPLOS DE APLICACIÓN
INTERCAMBIADOR DE CALOR

43. INTERCAMBIADOR DE CALOR
 En la columna de destilacion se usa sensores de gases
para controlar la concentracion de los gases que salen
por la parte superior de la columna de destilacion que
son incondesables.