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LA HERMANDAD DE BOMBEROS

LA HERMANDAD DE PRIMEROS RESPONDIENTES ANTE UNA EMERGENCIA

SISTEMAS PORTÁTILES DE DETECCIÓN DE GASES

 

 

                 Los sistemas portátiles de detección de gases explosivos y tóxicos, están presentes en nuestra historia desde muy antiguo. No debemos olvidar que los mineros en todo el mundo introducían en la mina un pájaro enjaulado,  ya que éste iba a detectar pequeñas concentraciones de grisú o gas de las minas y con su muerte avisaría al trabajador de su presencia y por ende del riesgo de explosión en la misma.

 

                 Pero la detección mediante medios químicos  o electrónicos  comienza en 1919, cuando en Estados Unidos aparece en el mercado el primer tubo de medición de monóxido de carbono, el cual medía solo cualitativamente la presencia del gas, pero no cuantitativamente. Es en 1934 cuando aparece el primer tubo de medición cualitativa y cuantitativa del monóxido de carbono, presentado en Alemania por la firma Dräger, la cual inicia así la verdadera historia de la medición de gases.

 

                 En cuanto a sistemas portátiles, podemos dividirlos en dos grandes grupos:

 

 

Medición puntual:

   Representada por la medición mediante tubos colorimétricos y sistemas de   chips integrados.

  Están descontinuados los   sistemas de aspiración manual para gases explosivos, los cuales durante muchos años han sido usados en la industria.

 

 

Medición continua

  Mediante tubos colorimétricos de medición larga   y de difusión .

  Equipos para medición de un solo gas (explosivo o tóxico)

  Equipos electrónicos para medición múltiple de gases ( combinación de sensores para gases explosivos y tóxicos en un solo equipo). Dichos sensores pueden ser catalíticos, electroquímicos o infrarrojos.

 

                 A continuación pasaremos a describir los principios de funcionamiento de los diferentes tipos de sensores y tubos colorimétricos.

 

 

SENSOR CATALÍTICO

 

 

Sensor Catalítico – Principio de funcionamiento

 

 

Una mezcla de gas combustible no arderá hasta que alcance una cierta temperatura de ignición. Sin embargo, ante la presencia de materiales catalíticos, el gas empezará a arder a temperaturas más bajas.

                 El principio de la medición catalítica es altamente apropiado para la detección de gases combustibles y vapores. Dos cuentas de cerámica (también llamadas “pellistor”) con bobinas de hilo de platino recubiertas de un óxido de metal, incrustadas son calentadas aproximadamente a 450° C. Un “pellistor” es activado por un material catalítico el cual al alcanzar esa temperatura oxida el gas y así forma calor adicional que puede ser detectado y medido por la resistencia del hilo de platino. Haciendo un puente con un segundo “pellistor” desactivado, como referencia, la corriente del puente es aproximadamente proporcional a la concentración de gas en rango de 0 – 100% LEL.

 

                   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 de hidrocarburos.

  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 media correcta de otros gases se necesitan factores de corrección.

 

 

 

 

 

 

SENSOR ELECTROQUÍMICO

 

 

Sensor Electroquímico – Principio de funcionamiento

 

                 Bajo ciertas condiciones un sensor electroquímico puede oxidar o reducir gases reactivos o vapores difundidos a través de un diafragma hidrofóbico cuando se pone en contacto con un electrodo empapado en un electrolito especial. La reacción catalítica del electrodo activado produce entonces iones y electrones, generando una corriente en otro circuito eléctrico conectado a los electrodos del sensor. Con un tercer electrodo integrado a un circuito electrónico el voltaje del sensor permanece constante, con el resultado de que la corriente es proporcional a la concentración de gas. Para optimizar la compensación de la temperatura hay una resistencia NTC colocada en el interior del sensor.

 

                 La variedad de sensores electroquímicos permite hoy en día medir unos 250 gases y vapores diferentes.

 

                 Los sensores electroquímicos pueden ser afectados por las condiciones climáticas del medio. El calor seco de Arabia Saudita ( donde hay temperaturas que pueden sobrepasar los 65°C/150°F) podrían deteriorar fácilmente el sensor.

Igualmente el frío de Siberia tendrá como consecuencia la pérdida de sensibilidad del mismo.

 

                 Algunos sensores actuales están diseñados para trabajar confiablemente en un rango de –40°C a +65°C (-40°F a +150°F) y entre 5% y 95% de humedad relativa y ofrecen un tiempo de vida esperado entre 3 y 5 años.

 

 

Sensor electroquímico inteligente, especial para altas temperaturas y alta humedad relativa

                 Un sensor será tan bueno como haya sido su calibración. Si la calibración no es correcta, la medición no será confiable, con los riesgos consiguientes.

 

                   No todos los sensores electroquímicos tienen las mismas características de comportamiento y confiabilidad. 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 parea un gas determinado. Sin embargo algunos sensores tienen poca selectividad, dependiendo0 del gas que detectan.

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

 

 

 

                 

Sensores electroquímicos inteligentes                          

 

 

 

SENSOR INFRARROJO

Sensor infrarrojo – Principio de funcionamiento

 

                 La medición que efectúa un sensor infrarrojo está basada en el hecho de que las moléculas de gas son excitadas por la luz infrarroja de una cierta longitud de onda y también producen vibraciones que absorben energía de la intensidad de la luz infrarroja. Comparando la intensidad original de la luz infrarroja con la intensidad atenuada en un haz óptico fijo, se da la medida de la concentración de gas. Un segundo rayo con una longitud de onda no absorbida por el gas puede ser usada para medir la intensidad original de la luz infrarroja. Esto es usado para hacer al sistema infrarrojo tolerante al polvo y alteraciones de la intensidad de luz en la misma fuente.

                   Las características de los sensores Infrarrojos son:

          No tienen contacto con  el gas a medir. Elementos ópticos pueden proteger los componentes del sensor de gas. Por esto el sensor puede medir durante largos periodos y en situaciones de alta concentración sin fallos.

          No hay envenenamiento o contaminación del sensor, combustión o fatiga del sensor debido a la larga exposición. Es fácil la construcción de unidades  contra explosión.

          La pérdida de señal debido a algún fallo en los componentes hará que active la alarma. El sensor tendrá buena respuesta y precisión mientras se pueda mantener la lectura de calibración del gas a cero.

          Es ideal para se utilizado donde haya alta concentración de gases de hidrocarburos. También es muy efectivo en la monitorización de dióxido de carbono.

 

Sensor infrarrojo

 

 

TUBOS COLORIMÉTRICOS

 

Ejemplo de tubos colorimétricos

 

        

         Aunque en 1919 aparece en Estados Unidos un tubo de medición, la misma es cualitativa y por lo tanto sólo mide la presencia del gas (monóxido de carbono), pero no el volumen presente en el medio.

 

         El primer tubo colorimétrico de medición cualitativa y cuantitativa data de los años 30. Para ser exactos, en 1934 la firma alemana Dräger presenta el detector de gas Dräger-Schröter para detectar (mediante un tubo de vidrio que contenía gel de sílice) la presencia de monóxido de carbono. El primer tubo para detectar benceno fue presentado en 1938, diseñado en base a  que la presencia del mismo reacciona con formalina-ácido sulfúrico, produciendo un cambio colorimétrico en el carbono activado en que está impregnado el cual es medible cuantitativamente. Ese es el principio de medición utilizado por los tubos colorimétricos a partir de ese momento, cambiando el químico contenido en el tubo según el gas a medir.

 

La evolución de los tubos colorimétricos ha sido:

 

AÑO

TIPOS DE TUBO

1934

1

1938

2

1955

20

1963

45

1973

100

1983

200

1989

240

             

 

     Hoy día pasan de 250 los tipos de tubos existentes para medir 350 diferentes gases y vapores.

 

     Los tubos de larga medición se usan contendidos en una bomba, para medir estacionariamente distintos gases durante periodos de 1 a 8 horas. Existen más de 25 tubos de este tipo.

 

 

 

Bomba para tubos de larga medición

 

     Los tubos de corta medición son usados para medir concentraciones momentáneas. También precisan de una bomba que puede ser   manual o automática. Existen más de 177 tubos de este tipo.

 

Bomba  Accuro para tubos de corta medición

     Los tubos de difusión no requieren bomba. Son efectivos como monitores personales. Existen unos 18 tubos de ese tipo.

Soporte para tubos de difusión

 

     Existen un grupo de tubos para medición de contaminantes en líquidos y suelo, contándose aproximadamente 80 tipos de tubos para este fin. Usan bombas y equipos especiales para detectar por ejemplo contaminación de

gasolinas en   efluentes, o presencia de vapores o gases en el subsuelo (por ejemplo producto de rotura de tanques de gasolina en el subsuelo de gasolineras).

 

 

 

 

Equipo para medición de gases en efluentes
                                                                                                                     Midiendo gases en el subsuelo

 

     Los tubitos deben almacenarse refrigerados y tienen un relativamente corto periodo de vida.

 

LOS TUBOS COLORIMÉTRICOS EN LA EXPLOTACIÓN PETROLERA

 

     En adición a los componentes líquidos una serie de productos gaseosos acompañan al petróleo y en las actividades de exploración de gas natural constituyen el principal componente. Dependiendo de su ubicación geográfica ambos, petróleo y gas, pueden ser más o menos ácidos conteniendo sulfuro de hidrógeno (H2S) y mercaptanos en forma de componentes sulfurosos, además de metano y otros hidrocarburos alifáticos con un bajo punto de ebullición. En algunas exploraciones de gas natural la presencia de sulfuro de hidrógeno puede llegar a concentraciones de más de 40% por volumen.

     La medición en los procesos de exploración con el uso de tubos tiene muchas aplicaciones debido a la gran variedad de sustancias que pueden medir y al rango específico y amplio de medición de los tubos .

     Así por ejemplo para el sulfuro de hidrógeno los tubos nos darán mediciones desde 0,05 p.p.m. hasta 40% por volumen ( en altas concentraciones hay que medir en % Vol. Para mayor rapidez y entendimiento).

     Así por ejemplo un tubo Dräger de sulfuro de hidrógeno  2%/a, que mide un rango de 2 a 40% Vol., accionado por una bomba manual e aspiración tardará sólo 30 segundos en tener la medición. El problema de posibles cruces de sensibilidad ha sido tenido en cuenta y presencia de 5.000 p.p.m. de dióxido de azufre no afectará la respuesta del tubo.

 

SELECCIÓN DE SENSORES PARA EQUIPOS PORTATILES

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 DETECCIÓN LIMITE

ANÁLISIS CUANTITATIVO Y CUALITATIVO

 

 

ALARMA DE DETECCIÓN LIMITE

               Gases

            Monitores

Gases tóxicos

Electroquímico

Colorimétricos

Gases Combustibles

Catalítico

Infrarrojo

Colorimétricos

 

 

Terminología

CO

Monóxido de Carbono

eV

Electrón Voltio

IR

Infrarrojo

LEL

Límite inferior de explosividad

PEL

Límite permisible de exposición

Ppm

Partes por millón

TWA

Promediado en tiempo (concentración máxima permisible para 8 horas de exposición)

STEL

Máximo para cortos espacios de tiempo (15 minutos por 4 veces con intervalo de 2 horas) en jornada de 8 horas

 

 

Bibliografía:

La Industria Venezolana de Hidrocarburos - CEPET (PDVSA) 1980

Dräger Review – Alemania 1997

www.dräger.com  Drägerwerk AG .- Lübeck Alemania www.inteca.com INTECA, Maracaibo

Dräger Tube Handbook – Drägerwerk Aktienmgesellschaft . Lübeck 1994

Measurement of contaminants in Liquids .- Drägerwerk AG .- Lübeck 1994

International Sensor Technology -. USA

Biosystems Co.

Seguridad en Espacios Confinados, (Roberto Casanova, 1993) rcasanova46@yahoo.com

 

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