Sistemas de detección de gases tóxicos y explosivos

¿Porque es necesario un sistema de detección de gases tóxicos y explosivos?

Simple, proteger vidas humanas y propiedad!

El primer paso para planificar el diseño de estos sistemas es determinar los peligros potenciales que existen en tu facilidad, por ejemplo: Sustancias inflamables, estas pueden causar daños considerables si se incendian, causando una explosión, fuegos y fatalidades. Otro ejemplo son Sustancias tóxicas, estas pueden causar daños inmediatos como a largo plazo. En ocasiones los efectos tóxicos se ven en el futuro, luego de exposición prolongada.

Factores a considerar se resumen en las siguientes preguntas: 1. ¿Qué gases deseamos detectar? 2. ¿En qué lugares, en que concentración y que tan frecuente se pudiese presentar la fuga? 3. ¿Qué tipo de sensor utilizar? Existen diferentes tecnologías para medición y detección dependiendo del gas y el ambiente. 4. ¿Cuantos sensores utilizar en el sistema y donde localizarlos?

5. Componentes a utilizarse en el sistema: por ejemplo controladores, alarmas visual/audible, notificaciones a puntos remotos, acciones correctivas, adquisición de data entre otros.


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Tecnologías de medición comúnmente utilizadas son los Sensores

Electroquímicos de tipo Catalítico e Infrarrojo(IR)

Los sensores electro-químicos se utilizan con frecuencia para medir gases tóxicos a bajas concentraciones(PPM). Estos utilizan una membrana hidrofóbica y una series de electrodos en contacto con una solución de tipo electrolito. Un circuito interno produce una corriente proporcional a la concentración de gases en contacto con el sensor. Factores a considerar incluyen longevidad de los sensores, intervalo de calibraciones y sensitividad a otros gases en el área que pudiesen intervenir con la medición.

Los sensores de tipo catalítico, se componen de dos "Beads" de cerámica con una bobina interna de platino calentada a 450degC. Uno de los "beads" está activado por un material catalítico, este genera más calor que el "bead" desactivado cuando esta en presencia de gases explosivos. El circuito interno del sensor produce una corriente aproximadamente proporcional a la concentración del gas en el rango de 0-100% LEL (Lower Explosive Limit o límite bajo de explosividad).


En un sensor de tipo IR (infra-rojo), se utilizan dos fuentes de luz infra-roja. Una de las fuentes de luz tiene una propiedad de onda la cual pierde energía o se atenúa cuando entra en contacto con un gas específico. La intensidad de esta fuente de luz es entonces comparada con una segunda fuente de referencia. El diferencial de las intensidades es usado para medir la concentración de gas en contacto con el sensor. Esta tecnología de tipo infrarrojo es sumamente robusta y confiable. Debemos tener en cuenta que esta tecnología se utiliza mayormente para la detección de gases inflamables de tipo hidro-carburos.

Monitoreo de paso (Open-Path) abierto Los sistemas de paso abierto utilizan tecnología de tipo IR parecido a los sensores antes mencionados, pero en este caso la fuente y el detector están localizados en diferentes puntos. Esto permite "disparar" la fuente de energía IR entre los sensores a través de largas distancias, así creando un paso de detección. En el evento de una fuga, si la nube de gas cruza el paso de los sensores, la presencia del gas será detectada. Esta tecnología es ideal para facilidades donde los puntos de fugas están localizados a través de toda la planta, por ejemplo áreas de tanques de almacenamiento.


Estrategias para localizar los sensores

  • Monitoreo de un punto específico - En casos donde el punto de fuga potencial puede ser identificado (por ejemplo, válvulas, juntas, bridas, etc.), se pueden localizar los sensores en puntos estratégicos para así mejorar la confiabilidad de la detección en un tiempo adecuado.

  • Monitoreo de área: se desea proteger un área donde la fuga potencial existe en múltiples localizaciones o no es claramente identificada. En estos casos se instalan sensores en múltiples localizaciones luego de analizar el movimiento y acumulación potencial de los gases.

  • Monitoreo de una línea de perímetro. Fuentes potenciales de fuga no pueden ser identificadas, así que se mide en los perímetros del área a ser protegida. En estos casos se desea identificar concentraciones de gases peligrosos saliendo hacia una área adyacente (o entrando) a la facilidad.


Otras consideraciones incluyen:

Ya sean tóxicos o combustibles los gases a ser monitoreado, el peso molecular de los mismos tiene que ser considerado. En el caso de gases de tipo combustible, la mayoría son más densos que al aire (con la excepción de hidrógeno, metano y amoniaco) y se acumularan en puntos bajos como el piso/suelo. Los sensores se deben instalar lo más cerca posible al piso, tomando en cuenta dejar espacio suficiente para poder utilizar herramientas para la calibración. En el caso de fugas de gases de hidrógeno, metano y amoniaco, los sensores se deben instalar en algún punto estratégico en el área del techo. Gases tóxicos con densidad parecida al aire y bajos en concentraciones, se deben medir a una altura representativa de la nariz humana. El movimiento de estas fugas se dicta mayormente por convección y corrientes termales.

Sistemas de Control

Una vez se decida la tecnología de detección a utilizarse y el numero de sensores, entonces tenemos que decidir que deseamos hacer con esta información. Los sistemas de detección de fugas (controlador) son capaces de recibir cientos de puntos de detección. Con los avances en comunicaciones digitales esta data se puede llevar a múltiples localizaciones, en ciertos casos utilizando tecnología inalámbrica. Los sistemas de control pueden alarmar, almacenar data, tomar acciones correctivas, entre otras. Se debe seleccionar que tipo de alarmas visuales/audible tomando en cuenta la clasificación del área y la audiencia que queremos alertar.

Los niveles de alarma son configurable en la mayoría de los sistemas. Se usa una pre-alarma de alerta con sus respectivas instrucciones. De continuar la fuga y/o subir los niveles de concentración, entonces se activaría una segunda alarma la cual requeriría acciones correctivas más serias (por ejemplo, prender ventiladores, apagar corriente eléctrica, o desalojar las facilidades).

Resumen

Se debe considerar múltiple factores al momento de diseñar un estrategia de detección de gases. Tipicamente nadie conoce la facilidad y los gases potencialmente peligrosos mejor que el usuario, dueño y/o diseñador. Es por eso que se requiere una colaboración de cerca entre los manufactureros de detectores y los usuarios/diseñadores.

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