Sensores de humo y gas

 

 

 

El detector de fugas de gas detectará la presencia de gas (butano, metano y natural) en la cocina por ejemplo, evitando concentraciones peligrosas para la salud de las personas (fuga sin riesgo de explosión) o para las personas y los bienes materiales (fugas con riesgo de explosión). Para que la vigilancia de fugas de gas sea efectiva y reporte los avisos programados, deberá activarse la función de vigilancia de gas a través del la Unidad Central. De esta manera cuando el correspondiente detector dé una alarma de gas los elementos de control del sistema domótico se encargarán de dar los avisos necesarios; señal acústica en el interior de la vivienda y aviso telefónico al usuario si se encuentra fuera de esta, a la vez que se cerrará el actuador de corte de gas general.

 

Estos sistemas actúan mediante una interrupción enviada a la Unidad Central cuando se sobrepasan ciertos umbrales. O bien mediante mediciones constantes enviadas como señales digitales a través de un convertidor A/D a dicha Unidad Central actuando esta última en consecuencia a los niveles recibidos.

 

En el mercado hay una gran variedad de sensores de gas, humos, fuego… e incluso sistemas que llevan todos estos sensores incluidos.

 

Instalación:


La instalación puede variar según los gases a medir.

En una vivienda, el gas más común que tendriamos seria butano y gas natural, con menor densidad que el aire, por lo que éstos tienden a concentrase en lo alto de la habitación de la siguiente forma:

Instalar el detector a 30 cm. del techo en caso de utilizar una instalación basada en gases ligeros como gas natural o metano, o bien a 30 cm. del suelo en caso de que la instalación use gases pesados como propano o butano.

 

 

SENSORES Y MONITORIZACION DE GASES TOXICOS Y COMBUSTIBLES

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

TIPOS DE SENSORES

 

Sensores de estado sólido:

Disponibles para unos 150 gases tóxicos y combustibles diferentes, en rangos desde pocas ppm a % LEL. Tienen un periodo de vida superior a 10 años.

 

 

Sensores electroquímicos:

Disponible para ciertos gases tóxicos en ppm, incluyendo NH3 , CO, CL2 , H2 , HCL, HCN, H2S, NO, NO2 , O2 , O3 y SO2. Para algunos de estos gases ofrecen alto grado de selectividad. Tienen un periodo de vida de unos 2 años.

 

Sensores catalíticos:

Detectan gases combustibles en altas concentraciones (por encima de 1000 ppm), no son selectivos. Tienen una expectativa de vida de 2 años.

 

• Sistema computerizado de enlace remoto:

Es un sistema de monitorización de gases controlado por ordenador donde no es necesario el cableado individual asociado a los sistemas tradicionales. El programa incluye actividades de adquisición de datos, generación de informes, impresión de curvas, procesado de alarmas y monitorización de fallos. Adicionalmente el programa permite ver gráficamente la planta donde están colocados todos los sensores y simplemente seleccionando con el ratón el sensor deseado puede ver en detalle el estado actual del mismo.

Cuando se produce una alarma avisa gráfica y acústicamente. Este sistema soporta cientos o incluso miles de sensores siendo una opción también económica a partir de 8 sensores.

 

Sensor/Transmisor mod. SM95:

Está ubicado en una carcasa antiexplosión. Opera a 12/24 V y proporciona una salida de 4-20mA proporcional a la concentración de gas. Puede trabajar como instrumento independiente o conectado a cualquiera de los visualizadores / controladores de IST. Puede ubicar los 3 tipos de sensores disponibles.

 

Sensor/ Transmisor Inteligente mod. 4-20 IQ:

Es un transmisor basado en microprocesador, incluye un indicador local que permite leer la concentración.

se alimenta a 12-24 V y proporciona una salida de 4-20mA. La carcasa es antiexplosión. Está equipado con un dispositivo de calibración basado en banda magnética, no intrusivo, que permite calibrarlo sin ajustar potenciómetros.

 

 

 

INSTRUMENTACION FIJA

 

• La serie MP está diseñada para instalar en pared, en rack y en caja antiexplosión. Incluyen un indicador de la concentración independiente para cada canal, 3 LEDs indicadores de alarma (nivel bajo, medio y alto), 3 relés de alarma y otro de fallo. Realizan calibración automática sin necesidad de quitar tapas ni desmontar ningún componente. Las unidades de control MP-202 y MP-204 MP-202 y MP-204: se montan en la pared y permiten monitorizar hasta 2 ó 4 sensores respectivamente.

 

EQUIPOS PORTATILES

 

• Mod. IQ-1000: Es el único detector de gases portátil en el mercado, capaz de detectar más de 100 gases tóxicos y combustibles gracias al sensor MEGA-GAS. Incorpora indicador de concentración, LEDs avisadores y alarma acústica. Puede alojar hasta 4 sensores de los tres tipos. Incorpora bomba aspirante, sonda, funda de transporte e interface RS232 para conectar a ordenador o impresora. Alimentado por pilas con autonomía de 14 h.

• Mod. IQ-250: Detecta uno de los 150 gases disponibles. Incorpora indicador de concentración, LEDs avisadores y zumbador acústico. El modelo IQ-350 incluye además bomba aspirante.

• Mod. IQ-200: Permite detectar 4 gases: H2S, CO, Oxígeno y cualquier otro gas de los disponibles. Es muy ligero. Los sensores son de larga duración.

 

 

 

 

 

MONITORIZACIÓN DE GASES PELIGROSOS.

 

¿Cuántos sistemas hay?. ¿Cuántos gases hay?. ¿Cómo trabajan los sistemas de monitorización de gases?. ¿Dónde encuentro esta información?.

IST, fabricante de sensores y sistemas de instrumentación,  acaba de publicar el libro “ Hazardous Gas Monitors” El autor, Sr. Jack Chou, director de la empresa, tiene más de 30 años de experiencia en gases tóxicos y combustibles, y ha trabajado para la NASA, las Fuerzas Armadas y la Agencia para la Protección Ambiental.

El capitulo de introducción da una visión general de los sensores y sistemas disponibles.

El primer capítulo se dedica a la selección del sensor, siguiendo con capítulos que tratan sobre instrumentación e instalación de sensores, diseño, sistemas de muestreo, calibración de sensores, descripciones de gases peligrosos. Etc.

Es una útil herramienta de trabajo tanto para ingenieros, como técnicos, diseñadores, directores de sanidad ambiental, estudiantes, etc.

 

                                                                    

Los gases tóxicos y combustibles no tienen lugar en área de trabajo.                   

 

Monitorizar los gases peligrosos para la calidad del aire, seguridad o control de procesos es una tarea compleja. Al contrario que con otros parámetros, en los que las medidas son directas como voltaje, temperatura, humedad, etc., la medida de gases es mas complicada.

Existen cientos de gases diferentes y se encuentran en diferentes proporciones. Cada aplicación tiene unos requerimientos únicos.

Por ejemplo, unas aplicaciones requieren la detección de un gas específico sin tener en cuenta las lecturas de otros gases de fondo. Otras situaciones pueden requerir las concentraciones de cada gas en un determinado área.

La mayor parte de los sensores no son específicos para un determinado gas sino que son sensitivos s un grupo o familia de gases. Para seleccionar un sensor o un sistema de detección de gases y conseguir el resultado óptimo  se debe conocer los sensores disponibles y sus características de respuesta a varios gases.

 

        Nivel alto o bajo.

Los sensores de calidad del aire en el area de trabajo deben ser robustos, resistentes a la corrosión, protegidos contra agua y polvo y aptos para lugares peligrosos. Además deben ser aptos para muchos sistemas de medida o monitorización, económicos y tener larga vida a la vez que les pueda dar mantenimiento operarios con mínima formación.

Los sensores para el área de trabajo se dividen en dos categorías: monitorización de toxicidad para la salud y monitorización de la combustibilidad. La monitorización de la toxicidad necesita un sensor que sea sensible a bajos niveles de concentración, mientras que para monitorizar la combustibilidad se necesitan sensores para concentraciones más altas.

Por ejemplo, para la organización americana Occupational Safety and Helad Administratión el límite de exposición permisible (PEL) para la jornada de trabajo de 8 horas es 50 partes por millón (ppm) para el monóxido de carbono (CO). Sin embargo, el límite bajo de explosión para el CO es de 12,5% en volumen de concentración. Aunque el gas es el mismo, se necesitan sensores diferentes para monitorizar la concentración ya que sus niveles son muy diferentes.      

Normalmente los sensores mas comunes para que se emplean para la calidad del aire y seguridad son: sensores electroquímicos, catalíticos, de estado sólido, infrarrojos y detectores de fotoionización (PID).

 

Sensores con mecanismo redox.

Un simple sensor electroquímico consiste en un electrodo sensor (cátodo) y un electrodo contador (ánodo) separados por una delgada capa de electrolito. El gas que se pone en contacto con el sensor reacciona en la superficie del electrodo sensor y provoca un mecanismo de oxidación o reducción.

Los materiales del electrodo específicamente diseñados para el gas de inertes catalizan esa reacción. Generan una corriente eléctrica proporcional a la concentración del gas.

No todos los sensores electroquímicos tienen las mismas características de comportamiento y fiabilidad. Hay muchas formas de construir sensores electroquímicos y hay muchos fabricantes a su vez.

 

 

Las características importantes de un sensor electroquímico son:

·         Consume poca potencia por lo que es apropiado para unidades portátiles que se alimentan a baterías.

·         Válido para aplicaciones PEL. No válido para aplicaciones en gases combustibles.

·         Comparado con otros muchos sensores es selectivo para un gas determinado. Sin embargo algunos sensores tienen poca selectividad, dependiendo de que gas detectan.

·         Su vida es normalmente de uno a tres años, aunque algunos tienen una especificación de dosis de exposición al gas, como el sensor de ammonia de 5.000 ppm/hora. Si el sensor está expuesto constantemente a 50 ppm, tendrá una vida de 100 horas.

Los sensores electroquímicos son válidos para medir unos 20 gases en los rangos de pocas ppm. Estos incluyen CO, dióxido de nitrógeno, cloruro, sulfito de hidrógeno, dióxido de sulfuro. Su utilización está limitada para aplicaciones continuas y fijas y para control de procesos.

 

 

 

Aviso de fuego.

Una mezcla de gas combustible no arderá  hasta que alcance una cierta temperatura de ignición. Sin embargo ante la presencia de de materiales catalíticos, el gas empezará a arder a temperaturas mas bajas. Un sensor de gas combustible catalítico utiliza una bobina de hilo de platino recubierto de un oxido de metal con tratamiento catalítico.

Ante la presencia de gases combustibles, las moléculas arden en la superficie del sensor. El cambio resultante de temperatura en el hilo de platino cambia su resistencia eléctrica. Un circuito conectado producirá una señal proporcional a la concentración del gas.

 

Las características importantes de un sensor de gas combustible catalítico son:

 

·         Es un sensor de propósito general, útil en instrumentos portátiles y fijos para detectar la mayor parte de los gases HYDROCARBON.

·         Su esperanza de vida es de uno a dos años.

·         Algunos productos químicos desactivan la catálisis y hacen que el sensor no responda. Este fenómeno denominado envenenamiento catalítico sucede durante la exposición a compuestos de silicona, compuestos sulfurosos y cloro.

·         Es el detector típico de metano, para la medida correcta de otros gases se necesitan factores de corrección.

 

El gas altera la conductividad.

Un sensor de estado sólido consiste en uno a mas óxidos de metal de los metales de transición. Estos óxidos de metal se preparan y procesan para formar un sensor de película delgada. Se introduce un calentador dentro del sensor para mantenerlo a una temperatura óptima para la detección de gas.

            Ante la presencia de un gas, el oxido de metal hace que el gas se disocie en iones cargados con el resultado de una transferencia de electrones. Un par de electrodos parcialmente embebidos en el oxido de metal mide el cambio de conductividad del sensor. Este cambio es proporcional a la concentración del gas.

            Los atributos importantes de un sensor de estado sólido son:

 

 

 

La longitud de onda alerta sobre el carbón.

 

Muchos analizadores y monitores utiliza tecnología infrarroja (IR). Un grupo de sensores IR son sencillos, robustos y útiles en la monitorización de la calidad del aire en concentraciones de dióxido de carbón o HYDROCARBON.

 

Los gases cuyas moléculas consten en dos a mas átomos diferentes absorben longitudes de onda específicas de radiación IR. De esta forma las moléculas de gas pueden ser identificadas y archivadas para su posterior identificación.

           

La energía absorbida de le luz IR hace que aumente la temperatura de las moléculas de gas por lo que el aumento de temperatura es proporcional a la concentración del gas.

            Las características de los sensores IR son:

 

 

La luz ve fantasmas volátiles.

 

El detector de fotoionización (PID) utiliza luz ultravioleta (UV) para ionizar las moléculas de gas. Puede detectar componentes orgánicos volátiles (VOCs). Una lámpara de construcción espacial genera energía radiada UV. Esta energía ioniza las moléculas de gas. Los electrones libres resultantes colisionan con los electrodos del instrumento, produciendo una corriente. La magnitud de la corriente es proporcional a la concentración del gas.

Los niveles de radiación de energía de la lámpara son del orden de electrón voltios (eV). Los niveles de energía de las lámpara normales son 8,4; 9,6; 10,6 y 11.7 eV. Se puede determinar los niveles de energía dependiendo de la clase de lámpara que se elige.

 

La lámpara de 11,7 eV, por ejemplo, utiliza fluorido de Litio, por lo que detectará gases con potencial de ionización por debajo del nivel de salida de la lámpara. El Benceno, que tiene un potencial de ionización de 9.24 eV, es detectable con lámparas de 9,6; 10,6 y 11.7 eV.

Algunas características importantes de PID son:

Estos 5 sensores son los mas utilizados en lugares que se requiere calidad de aire  y aplicaciones de seguridad o para control de procesos.

 

                  

                            SELECCION DE SENSORES

 

Requerimientos de la aplicación.

Monitorización de seguridad.

Detección de límite tóxico.

Detección de fugas.

Seguridad personal.

Exposición.

Monitorización de ambiente y calidad del aire.

ALARMA DE DETECCION LIMITE.

ANALISIS CUALITATIVO Y CUANTITATIVO

 

 

ALARMA DE DETECCION LIMITE.

Gases.

Monitores.

Gases tóxicos.

Electroquímico.

Estado Sólido

Gases combustibles.

Catalítico.

Estado Sólido.

Infrarrojo.

Componentes orgánicos volátiles.

Fotoionización.

Otros.

Conductividad térmica.

Colorimétricos.

 

ANALISIS CUALITATIVO Y CUANTITATIVO

Un solo gas continuo.

Monitorización de la calidad del aire.

 

Gas.

Analizador.

O3

Fotómetros UV.

SO2

Fluorescencia UV.

 

Monitorización de emisión contínua.

NOx

Quimiluminiscencia.

THC

Ionización de llama.

CO

Infrarrojo.

CO2

SO2

O2

Paramagnético, óxido de zirconio, electroquímico.

Múltiples gases. Laboratorio.

Mayoría de gases absorbentes UV/IR.

Espectrofotómetro UV/IR.

Mayoría de gases absorbentes IR.

Transformada de Fourier IR.

Mayoría de gases.

Espectrómetro de masas.

Cromatografía de gases.

 

 

 

 

Terminología.

CO

Monóxido de carbono.

eV

Electrón voltio.

IR

Infrarrojo.

LEL

Límite inferior de exposición.

PEL

Límite permisible de exposición.

PID

Detector de fotoionización.

ppm

Partes por millón.

TWA

Promediado en tiempo.

UV

Ultravioleta.

VOC

Componente orgánico volátil.