Detección de gases explosivos con tecnología catalítica

Es de vital importancia la temprana detección de gases explosivos en espacios que pueden llegar a convertirse en atmósferas explosivas. Para ello, se hace uso de monitores de gases que registran la concentración de estos gases en estos espacios, para poder tomar medidas en caso de emergencia. 

Los monitores de explosividad utilizan sensores catalíticos que reaccionan al ser expuestos a gases explosivos. A estos sensores también suelen llamarlos pellistores -palabra formada por la combinación de las palabras en inglés pellet y resistor-. Su funcionamiento es por la oxidación del gas vía catalítica. 

 

Estos sensores están compuestos por dos bobinas de platino, ambas encapsuladas en un material cerámico de alúmina. Uno de estos encapsulados está cubierto de un material catalizador -normalmente de paladio- que causa y acelera la oxidación del elemento (esta parte es conocida como elemento detector) mientras que el otro encapsulado no tiene ese material para la oxidación del gas (esta parte se conoce como elemento de referencia), por lo que es inerte.

El principio de operación de este sensor consiste en la oxidación del gas en la superficie del elemento catalítico por medio de calor generado a partir de una corriente eléctrica que circula por la bobina. La corriente pasa por ambas espiras hasta elevar la temperatura, permitiendo la oxidación del gas. Cuando este gas ha sido oxidado -esto es, que se ha quemado- provoca un incremento superior de temperatura en la bobina tratada y no en la otra, ocasionando un desajuste en el circuito mediante la variación de la resistencia eléctrica, ya que el incremento de la temperatura en el elemento detector provoca un cambio en su resistencia eléctrica mientras que en el elemento de referencia su resistencia eléctrica permanecerá sin cambios.

El desajuste ocurre en un circuito con una configuración llamada puente de Wheatstone.

El puente de Wheatstone es formado por ambos elementos -ver la figura- Una resistencia variable es ajustada para mantener un balance del circuito cuando el sensor se encuentre en un ambiente con aire. Cuando, además del aire hay un gas, sólo la resistencia del elemento detector se incrementa, causando un desajuste en el circuito que proporciona una diferencia de potencial.

Los sensores catalíticos son sensibles y pueden funcionar indeseablemente en presencia de gases inhibidores tales como dióxido de azufre (SO2), ácido sulfhídrico (H2S), compuestos halogenados, etc. También el catalizador puede sufrir envenenamiento si se encuentra en el aire vapores de silicio, grasas, ésteres de fosfato y ácidos, entre otros.

Los sensores contienen una malla de acero y debajo de esta malla se encuentra confinado el elemento detector propiamente dicho. La importancia de esta malla radica en los siguientes aspectos:

  • Sirve como filtro al retener las partículas suspendidas que se encuentren en el ambiente, permitiendo solamente el paso de compuestos gaseosos.
  • Protege a las bobinas encapsuladas.
  • Es una malla antiexplosiva que mantiene al sensor intacto frente a altas temperaturas.

La importancia de su calibración.

Uno de los aspectos esenciales para un funcionamiento adecuado del sensor es su calibración, ya que al calibrarlo puede asegurarse que el sensor detecte correctamente los gases que se encuentren en el ambiente; además, dado que pueden sufrir contaminación por su uso, pueden desajustarse y no medir la cantidad de gas adecuadamente. Por otra parte, el tiempo de vida útil también depende de la cantidad de gas a la que esté expuesto.

Finalmente, todos los sensores arrojarán una diferencia de potencial, la cual variará dependiendo de la concentración del gas. Para determinar la concentración de un gas en el aire se recurre a diferentes unidades: para gases tóxicos a muy bajas concentraciones se recurre al término de partes por millón -ppm-, pero para gases combustibles se utiliza % del gas en aire comparando este valor con el %LIE (Límite Inferior de Explosividad, %LEL en inglés), o directamente tomando como todo el rango el valor de 0 a 100%LIE.

Estos sensores catalíticos de gases combustibles se utilizan en un detector que lee su respuesta eléctrica y luego de aplicar el factor de calibración muestra el resultado en una pantalla y pueden activar alarmas, memorizar los datos, etc.  

Algunos de estos detectores pueden observarse en los siguientes enlaces a nuestro catálogo web:

     


 

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