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Detección de Gases

DETECCION DE GASES: INSTRUMENTACION PORTATIL: DETECTORES MONO-GAS

 DRÄGER PAC® 3500

Preciso y sencillo de usar, es perfecto para la monitorización personal en aplicaciones industriales. Indica de una forma rápida concentraciones de monóxido de carbono (CO), ácido sulfhídrico (H2S) y oxígeno (O2). Este robusto detector mono-gás tiene una vida de uso de 2 años y está fabricado específicamente para su uso en las tareas diarias de seguridad industrial.

PEQUEÑO Y ROBUSTO

La carcasa de goma resistente a impactos es impermeable a sustancias químicas corrosivas y cumple con los requerimientos de la IP 66/67, para asegurar los trabajos realizados incluso con proyecciones de agua. Un clip de tipo

cocodrilo garantiza una fijación segura del equipo en la ropa permitiendo el ajuste de forma personalizada.

-LA SEGURIDAD ES LO PRIMERO

Para garantizar un funcionamiento continuo, incluso cuando la entrada de gas al detector se impida accidentalmente, el sensor del equipo está colocado de forma que permite la entrada de gas tanto desde la parte superior como de la parte frontal del equipo.

-TECNOLOGÍA DE SENSORES EN MINIATURA

Incorporando la nueva tecnología de los sensores Dräger XXS, el Dräger Pac 3500 se ha desarrollado específicamente

para su uso en protección personal y aplicaciones industriales. La robustez y fiabilidad de estos sensores de  compensación de presión detectan CO, H2S y O2 y, debido a sus muy bajas interferencias cruzadas, el Dräger Pac

3500 puede utilizarse durante los 2 años de vida sin necesidad de calibración.

-PANTALLA VISIBLE

Fácilmente visible de un vistazo, la amplia pantalla indica la concentración de gas y la unidad de medida.  Opcionalmente, el equipo puede configurarse para mostrar solo el gas detectado. En este caso la  concentración se muestra sólo cuando se exceden los niveles de alarma establecidos. Pantalla libre de textos para evitar cualquier malentendido, las lecturas numéricas no verbales permiten una fácil lectura de las mismas, y la retroiluminación automática permite aumentar la visibilidad en condiciones de oscuridad. Las etiquetas opcionales de diferentes colores permiten identificar el equipo rápidamente incluso a larga distancia.

-ALARMAS Y AVISOS

Además de la alarma por vibración, el Dräger Pac 3500 emite una alarma acústica de varios tonos y una alarma visual brillante de 360°, con unos LEDs que parpadean en la parte superior y en la base del instrumento. Los niveles de alarma pueden configurarse individualmente según la política de la compañía o a los niveles  estándar nacionales con el uso del software de Dräger Pac o CC-Vision.

-TEST DE PRUEBA RÁPIDO Y FIABLE

Los test de prueba son necesarios para comprobar que los equipos funcionan correctamente. La mayoría de las regulaciones nacionales requieren a los usuarios comprobar los equipos con concentraciones de gases conocidas de forma periódica. Si ajustamos el intervalo de test de prueba (Bump test) y/o calibración, en la pantalla del Dräger Pac 3500 nos indica un aviso tan pronto estas acciones sean necesarias. Si este aviso se ignora o la prueba no es correcta, el equipo mostrará automáticamente el mensaje de error “fuera de servicio”.

Trabajando junto con la estación Dräger Bump Test, un test de prueba puede durar aproximadamente entre 8 y 15 segundos sin necesidad del uso de una fuente de energía, por lo que la prueba se puede realizar en el mismo lugar de trabajo. Cada resultado del test es automáticamente almacenado en el registro de eventos del equipo, y opcionalmente se puede acompañar de una impresora para realizar copias en papel “in situ” del mismo. Si es necesario, la calibración de aire fresco se podrá realizar después de la secuencia de inicio del equipo y previa confirmación del usuario. Todas las demás opciones de calibración estarán sólo disponibles en el menú a través de una contraseña.

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Riesgos en La Mala Detección de Gases

LOS 10 PRINCIPIOS ESENCIALES EN LA DETECCION DE GASES EN EL AMBITO DE LA SEGURIDAD INDUSTRIAL.

Principios e introducción a los sistemas de detección de gases.

La exposición a gases y vapores tóxicos se convierte en una situación de trabajo altamente peligrosa que se produce de manera constante en cualquier tipo de instalación industrial.

En estos lugares se deben tomar las medidas de prevención y protección constantes para controlar y poder evitar todas aquellas situaciones en las que existe incluso un riesgo elevado de fallecimiento, ante circunstancias incontroladas o desconocidas.

Los gases y vapores inflamables y tóxicos se pueden producir y estar de manera presente en muchos y distintos ámbitos del trabajo. Para tratar con el riesgo tóxico y el peligro de explosión, sirven los sistemas de detección de gases.

LOS 10 PRINCIPIOS ESENCIALES DEL CONOCIMIENTO BÁSICO A LA TECNOLOGÍA DE LA DETECCIÓN DE GASES, PRINCIPIOS DE MEDICIÓN Y PREOCUPACIÓN POR LA SEGURIDAD.

1. ¿QUÉ ES LA MATERIA GASEOSA?

A un estado de la materia con una temperatura superior a su punto de ebullición se le denomina gas. En relación con el entorno de las personas (condiciones normales) cualquier sustancia que tiene un punto de ebullición inferior a 20º C a presión normal es un gas.

El gas de menor peso es el hidrógeno (H2, 14 veces más ligero que el aire), el gas más pesado es el hexafluoruro de tungsteno (WF6, aprox. diez veces más pesado que el aire). En condiciones normales 1 cm3 de gas contiene unas 30-1018 moléculas, la distancia media entre ellas es solamente de tres nanómetros.

Estas moléculas colisionan constantemente entre ellas de forma aleatoria, en un movimiento macroscópicamente medible como la propia temperatura del gas, así como la presión del mismo o su extensión en cuanto a volumen.

A una presión constante, el volumen de gas cambia proporcionalmente a su temperatura, por ejemplo, expande a ser calentado.

A un volumen constante de gas, la presión del gas cambia proporcionalmente a su temperatura, por ejemplo la presión interna de un recipiente cerrado aumenta cuando se calienta.

A temperatura constante la presión de gas cambia proporcionalmente a su volumen, por ejemplo la presión aumenta cuando se comprime el gas.

También, el movimiento aleatorio extremadamente rápido de las moléculas de gas es la razón por la que los gases se mezclan rápidamente y nunca se separan uno de otro.

El movimiento de las moléculas en dirección de baja concentración (difusión), está basado en estas características moleculares y juegan un papel esencial en los principios de medición de los detectores de gas. Comúnmente los procesos de difusión son más rápidos, cuanto más rápido se mueven las moléculas (más caliente es el gas) y más bajo es el peso molecular.

2. ¿VAPORES? ¿POR QUE NO GASES?

En oposición a los gases, pueden existir solamente de 200 a 300, el término apropiado para el estado gaseoso de la materia por debajo de su punto de ebullición es vapor.

En general el vapor existe en un equilibrio con su fase líquida y condensa o evapora dependiendo de su temperatura. Este comportamiento se conoce muy bien en el agua, un enfriamiento del aire húmedo durante la noche causa niebla (condensación), mientras que el calor del sol de la mañana, disuelve nuevamente la niebla (evaporación.).

En un recipiente cerrado, la concentración máxima posible de vapor se forma encima de la superficie de un líquido. Esta concentración de vapor depende de la temperatura del líquido.

En una vista macroscópica, el vapor es generado por el movimiento aleatorio de las moléculas del líquido y su capacidad de sobreponerse a la tensión de superficie y mezclarse con las moléculas de aire de encima.

Cada líquido tiene una cierta presión de vapor característica que solo depende de la temperatura del líquido y esta presión es igual a la presión atmosférica cuando su temperatura alcanza el punto de ebullición.

Dividiendo la presión de vapor máxima posible por la presión ambiente da como resultado la llamada concentración de saturación en VOL%, por ejemplo, para n-hexano a 20ºC (presión de vapor 162 mbar) a una presión ambiente de 1000 mbar, la concentración máxima posible de n-hexano es 16,2 Vol%.

3. NUESTRA ATMOSFERA

Disminuyendo su peso específico continuamente, nuestra atmósfera se extiende hasta lo más profundo del espacio. El color azul del cielo es causado por la dispersión de la luz solar en las moléculas del aire (principalmente nitrógeno y oxígeno), pero a una altura de 21km el cielo es negro.

Comprimiendo toda la atmósfera a una presión constante aproximada de 1 bar, su altura sería de 8 km y la capa de ozono estratosférica que absorbe los rayos ultravioleta tendría solamente un grosor de 3mm. La atmósfera está compuesta habitualmente por gases principales y oligogases.

Entre los gases principales se encuentran el Nitrógeno (N2 780840ppm), Oxígeno (O2 209450ppm), Vapor de agua (H2O 15748ppm en húmedo), Argón (Ar 9340ppm) y Dióxido de carbono (CO2 340ppm). Entre los oligogases podemos encontrarnos con el Neón (Ne 18ppm), Helio (He 5 ppm), Metano (CH4 1.8 ppm), Criptón (Kr 1.1 ppm), Hidrógeno (H2 0,5 ppm), Óxido Nitroso ( N2O 0.3ppm), Monóxido de Carbono (CO 0,09ppm), Xenón (Xe 0,09ppm), Ozono (O3 0,07ppm), otros oligogases (3.05ppm).

Puesto que hay menos moléculas en un determinado volumen a menos presión atmosférica, la señal de detectores de gas de presión parcial siempre depende de la presión atmosférica.

4. LA IMPORTANCIA DEL OXIGENO.

Mientras que el nitrógeno, con más del 78 Vol% es el gas principal de nuestra atmósfera, es completamente inerte (a pesar de su exceso no puede ni siquiera ser utilizado en este estado gaseoso por las plantas como un fertilizante muy necesario), el oxígeno es muy reactivo y es la base de nuestra respiración y existencia, más aún; la base de la vida de casi cada ser vivo.

Hay casi un 21% de oxígeno en nuestra atmósfera. La falta de oxígeno es peligrosa para la vida y no puede ser detectada por nuestro olfato.

En general la falta de oxígeno es causada por la emisión de gases inertes que desplazan el oxígeno. Puesto que aproximadamente una quinta parte de nuestra atmósfera es oxígeno, la concentración del mismo solamente se reduce por una quinta parte de la concentración del gas inerte.

Si por ejemplo se emite un 10 Vol% de helio a la atmósfera la concentración de oxígeno disminuye un 2 Vol% mientras que la concentración de nitrógeno se reduce en un 8% Vol%. El uso industrial de nitrógeno líquido (-196ª) en grandes cantidades puede causar una falta de oxígeno peligrosa debido a fugas y repentina evaporación de nitrógeno.

Las concentraciones de oxígeno mayores (por ejemplo más del 25 Vol%) no pueden ser detectadas por las personas, pero tienen graves consecuencias con respecto a las características de inflamabilidad de los materiales, e incluso pueden causar autoignición.

Esta es la razón por la que las medidas de protección contra explosiones solo están relacionadas con la concentración atmosférica de oxígeno.

¿Cuándo ES PELIGROSA la concentración de Oxígeno?

Cuando la concentración es inferior a 17 Vol%, se presenta una tendencia de peligro por la falta del propio oxígeno. En el intervalo de 11 a 14 Vol%, aparece una disminución imperceptible de la capacidad física y mental. Entre 8 y 11 Vol% se presenta una alta posibilidad de inconsciencia repentina sin aviso después de un cierto tiempo de exposición.

Entre 6 y 8 Vol%, la pérdida de la conciencia se presenta en pocos minutos, y existe una posibilidad de reanimación si ésta se practica de forma inmediata. Por debajo de 6 Vol%, la pérdida de la conciencia es inmediata y provoca la muerte.

 

5. GASES PELIGROSOS

Prácticamente todos los gases y vapores siempre son peligrosos. Si los gases no existen en su composición atmosférica familiar y respirable, la respiración segura se puede ver afectada.

Es más, cualquier gas es potencialmente peligroso, si está licuado, comprimido o en su estado normal. Lo importante es conocer su concentración.

Básicamente, existen tres categorías de riesgo; Ex, riesgo de explosión por gases inflamables; Ox, Oxígeno; riesgo de asfixia por desplazamiento de oxígeno; riesgo de aumento de la inflamabilidad por enriquecimiento en oxígeno. Tox, riesgo de intoxicación por gases tóxicos.

Sin herramientas auxiliares, el ser humano no es capaz de reconocer estos peligros con suficiente antelación para llevar a cabo las contramedidas adecuadas. Con solo algunas excepciones nuestro olfato ha resultado ser un equipo de detección y alarma extremadamente poco fiable.

Por ejemplo, somos sensibles al ácido sulfhídrico en bajas concentraciones por su típico olor a huevos podridos, pero altas concentraciones letales de ácido sulfhídrico, no son detectadas por nuestro olfato.

El escapar a áreas supuestamente no peligrosas por su falta de olor ya ha causado innumerables accidentes con consecuencias fatales.

Incluso gases inofensivos como el argón, helio o nitrógeno pueden ser peligrosos cuando el vitalmente importante oxígeno es desplazado por un repentino escape. Se presenta ineludiblemente el riesgo de asfixia. Concentraciones de oxígeno inferiores a 6 Vol% son letales.

Exceso de oxígeno (más del 21 Vol%) aumenta el peligro de inflamabilidad y puede causar incluso la autoignición de materiales inflamables. Los gases y vapores inflamables no solo pueden causar considerables daños en las fábricas por ignición, sino que también la vida humana está comprometida.

Es imprescindible, básico, esencial detectar de manera fiable los peligros ExOx-Tox y proteger la vida humana, bienes y ambiente mediante medidas adecuadas. ESTO ES PARA LO QUE SON NECESARIOS LOS DETECTORES DE GASES Y LOS SISTEMAS DE DETECCION DE GASES.

6. GASES Y VAPORES TOXICOS

La toxicidad de gases y vapores utilizados industrialmente es determinada mediante experimentos de laboratorio que tienen como resultado la tasa LC50.

De esto y de otras investigaciones científicas sobre salud laboral con incluso concentraciones más bajas, comités autorizados deducen propuestas para valor límite ambiental (límites de exposición laboral), que deben ser obligatorios.

Estos umbrales de valor límite están definidos de tal manera que el trabajador no sufrirá daño mientras que no respire concentraciones de gas superiores umbral del valor límite establecido durante toda su vida laboral.

Así por ejemplo, para el dióxido de carbono, el VLA está en 5000ppm; para el propano, butano, el VLA se halla en 1000ppm; acetona, 500ppm; metiletilcetona, 200 ppm; butanol, 100ppm; n-hexano, tolueno, 50ppm.

Entre los gases y vapores muy tóxicos (T+) LC50 < 0,5 g/m3 encontramos Tricloruro de Boro, Trifloruro de Boro, Bromo, diborano, flúor, arseniuro de hidrógeno, ácido cianhídrico, fluoruro de hidrógeno, fosfamina, ácido sulfhídrico, dióxido de nitrógeno, monóxido de nitrógeno, ozono, fosgeno, tetrafluoruro de azufre, hexafluoruro de tungsteno.

Entre los gases y vapore tóxicos (T) LC50 = 0,5…2,0 g/m3, podemos encontrar el aceto de nitrilo, amoniaco, benceno, disulfuro de carbono, monóxido de carbono, cloro, dician, cloruro de hidrógeno, metanol, bromuro de metilo, trifluoruro de nitrógeno, dióxido de azufre.

La abreviatura LC50 significa concentración letal. Su valor refleja la concentración de gas en el aire que matará al 50% de los animales de laboratorio, si se inhala durante cierto tiempo (principalmente 4 horas).

7. GASES Y VAPORES INFLAMABLES. PROTECCION PREVENTIVA DE EXPLOSION

Gas Inflamable: cuanto más bajo es el límite inferior de explosión (LIE ó LEL), más peligrosos son.

Vapores Inflamables: cuanto más bajo es su punto de inflamación, más peligrosos son. El punto de inflamación está definido por la presión de vapor dependiente de la temperatura del líquido y su LEL.

Solamente los líquidos inflamables tienen un punto de inflamación. Por definición no hay punto de inflamación para los gases.

Solamente si la proporción de un combustible en aire está dentro de ciertos límites, los gases y vapores inflamables pueden producir mezclas inflamables en el aire.

El límite inferior de explosión (LEL) está definido como la concentración (indicada en Vol%) de una mezcla de gas combustible y aire que bajo condiciones estandarizadas puede inflamarse y continuar ardiendo. El LEL de todos los gases y vapores inflamables conocidos está en el rango de aprox. 0,5 a 15 Vol%. Por ejemplo, el LEL de mezclas de hidrógeno y aire es 4 Vol%, y así un gas de prueba de 2 Vol% en aire es definitivamente no inflamable.

Este comportamiento es esencial para la práctica de la protección contra explosión: como un gas por debajo de su concentración LEL no puede inflamarse, la protección contra explosión puede ser realizada continuamente midiendo la concentración de gas y asegurando mediante medidas adecuadas que por ejemplo la mitad del LEL (=50% LEL) no sea sobrepasado.

Este método de protección preventiva contra explosión se conoce como la medida primaria: no la ignición de una atmósfera potencialmente explosiva, pero la formación de una atmósfera potencialmente explosiva es prevenida fiablemente.

La medición de la concentración se realiza preferiblemente mediante sensores infrarrojos o sensores de perlas catalíticas, que deben cumplir con requisitos de seguridad especialmente estandarizados y estar certificados para ello.

8. PUNTO DE INFLAMACION DE LIQUIDOS INFLAMABLES.

Aunque se habla de líquidos inflamables, no es el estado líquido sino el vapor el que es inflamable. Solamente el vapor puede formar una mezcla inflamable con el oxígeno en el aire. Tanto la volatilidad del vapor como su nivel inferior de explosión (LEL) son una medida para el riesgo de explosión.

Las propiedades de la volatilidad y el LEL son combinados por el llamado punto de inflamación.

Para ser inflamable, la concentración del vapor del líquido sobre la superficie del líquido debe exceder el LEL. Si es o no, depende de la concentración individual de vapor del líquido, y esto depende de la temperatura del líquido. Con respecto a la seguridad de los materiales inflamables este comportamiento está descrito por el punto de inflamación (F).

El punto de inflamación es la temperatura a la cual se produce tanto vapor, que la mezcla vapor/aire puede ser encendida por un equipo estandarizado y continua quemando.

Por ejemplo, si el punto de inflamación de un líquido inflamable está por encima de los 50º C, éste líquido no puede ser encendido a 30º C. NO SE PUEDE ENCENDER DIESEL (F>55ºC) MEDIANTE UNA CERILLA, PERO SI SE PUEDE ENCENDER GASOLINA (F<20 C).

La conclusión es que los líquidos inflamables son más peligrosos cuanto más bajo es su punto de inflamación. Ya que los vapores de líquidos inflamables no pueden ser encendidos por debajo de su punto de inflamación, esto puede ser la base de protección preventiva contra la explosión.

Utilizar solamente líquidos inflamables con puntos de inflamación superiores a la temperatura ambiente y no hay riesgo de explosión.

En realidad esto es una práctica común, pero si los líquidos son utilizados como disolventes hay una desventaja: líquidos menos volátiles requieren más energía para la evaporación.

Por definición, los gases o tienen puntos de inflamación porque no tienen fase líquida en condiciones normales.

9. SISTEMAS DE DETECCION DE GASES.

En una primera aproximación, los equipos de detección de gases son productos de tecnología de seguridad y son utilizados preferentemente para proteger a los trabajadores y asegurar la protección en cualquier instalación.

Los sistemas de detección de gases están dedicados a detectar concentraciones de gas peligrosas, para activar alarmas y hasta donde sea posible, activar contramedidas antes de que se puedan producir una situación peligrosa para empleados, instalaciones y medioambiente.

Los equipos para detección de gases pueden ser portátiles (o semi portátiles) o sistemas fijos de detección de gases.

La seguridad de una zona potencialmente afectada por gases y vapores peligrosos depende principalmente de la fiabilidad del sistema de detección de gases, y especialmente de los sensores de los equipos utilizados.

Al contrario que os sensores de equipos portátiles, los sensores fijos incluyendo su electrónica, están en funcionamiento de manera constante, año tras año las 24 horas del día.

Existe un cruce fluido entre la tecnología de detección de gases por un lado y por otro, la instrumentación del proceso.

Aunque desarrollados como un producto de tecnología de seguridad, hay ciertos transmisores para detección de gases que tienen unas características de medición tan excelentes que hoy en día destacan más y más como equipos de análisis en el campo de la instrumentación del proceso.

10. TIPOS DE SENSORES DE MEDICION

Los sensores para la detección de gases y vapores son transductores que usan ciertas propiedades de los gases para la conversión en una señal eléctrica adecuada.

Especialmente tres principios de medición se han hecho dominantes en las décadas recientes de la detección industrial de gases; sensores electroquímicos, sensores de perla catalítica y sensores de infrarrojos.

Muchos gases tóxicos también son muy reactivos y en condiciones adecuadas cambian con reacciones químicas.

El sensor electroquímico es un micro-reactor, que con la presencia de gases reactivos produce electrones exactamente como una batería. El flujo de electrones es una corriente eléctrica baja pero medible. Más de cien gases y vapores son detectables por los sensores electroquímicos de la gama de detectores que distribuye Proin Pinilla.

Algunos de éstos, reaccionan muy específicamente a gas patrón, otros son típicos sensores de grupos de gases que son sensibles a muchos gases reactivos diferentes.

Bajo ciertas circunstancias los gases y vapores inflamables se pueden oxidar mediante el oxígeno del aire para liberar calor de la reacción. Normalmente esto se consigue por un material catalizador especial y adecuadamente calentado, que aumenta ligeramente su temperatura por el calor de la reacción.

Este aumento de temperatura es una medida para la concentración de gas. Los llamados pellistores son perlas cerámicas minúsculas y muy porosas rodeando una pequeña bobina de hilo de platino.

Hay una corriente eléctrica fluyendo a través de la bovina de platino de tal manera que el pellistor se calienta a unos cientos de grados Celsius. Si la perla cerámica contiene un material catalizador adecuado, la temperatura del pellistor aumentará con la presencia de gas inflamable, y por consiguiente la resistencia de la bobina de hilo de platino aumentará.

Este cambio en la resistencia con respecto a la resistencia en aire limpio, se utiliza para la evaluación electrónica.

Un pellistor solo, no es adecuado para la detección de gases y vapores inflamables. Hace falta un segundo para compensar los parámetros ambientales. Y debe estar protegido contra explosiones. Mediante una carcasa antideflagrante y un disco sinterizado, resulta un sensor de perlas catalíticas útil.

Considerando el amplio margen de gases y vapores inflamables, uno se da cuenta que la mayoría de estas sustancias son compuestos químicos que principalmente consisten en carbono, hidrógeno, oxígeno y a veces nitrógeno.

Estos compuestos orgánicos se denominan hidrocarburos. Los hidrocarburos tienen propiedades especiales que pueden ser usados para la medición por infrarrojos de su concentración.

La mayoría de los gases y vapores inflamables son hidrocarburos que casi siempre son detectables por su característica de absorción de infrarrojos.

El principio de medición es sencillo: los hidrocarburos absorben la radiación de infrarrojos (IR) en el rango de longitud de ondas de 3,3 a 3,5 micrómetros, más o menos, dependiendo del espectro de absorción del gas en cuestión. Sin embargo, la atenuación de la radiación infrarroja es muy pequeña y un reto con respecto a la técnica de medición. Y desafortunadamente, la reducción de la intensidad también puede ocurrir por otras circunstancias, por ejemplo la óptica contaminada o reducción de la intensidad de la fuente de radiación de infrarrojos.

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El concepto “Nivel Integral de Seguridad” parece ser una moda en la tecnología de seguridad basada en la técnica y activada automáticamente. Pero no lo es, y sistemas fijos de detección de gases no están exentos de esta tendencia de clasificar sistemas de protección mediante el llamado nivel integral de seguridad (SIL) con respecto a su fiabilidad de activar una acción de seguridad para reducir el riesgo.

– Donde quiera que hay un riesgo técnico para personas, bienes o medioambiente es necesario obtener un cierto grado de seguridad mediante medidas de reducción de riesgo. Si este tipo de medidas son realizadas automáticamente por sistemas eléctricos, electrónicos o electrónicamente programable el término central es “seguridad funcional“.

– Estos sistemas, frecuentemente llamados sistemas de protección o sistemas relevantes para la seguridad desempeñan una función de seguridad y deben ser adecuadamente fiables con respecto al riesgo actual.

– Sin embargo, estos sistemas pueden fallar por cualquier fallo arbitrario. Si fallan no deben permanecer en un estado peligroso (poco seguro) y deben ser reparados inmediatamente. Esto sin embargo implica que un fallo sea absolutamente detectable.

– Una gran fracción de todos los fallos posibles (que son identificados por un llamado FMEDA) se pueden detectar mediante monitorización de fallos (servicios de diagnóstico), de tal manera que en el caso de un fallo detectable el sistema puede ser forzado a un estado seguro, del que se dice que reacciona con seguridad a fallos.

– Estadísticamente hay una fracción muy pequeña de fallos accidentales peligrosos que no se pueden detectar automáticamente, el llamado peligro indetectable o fallo DU, que puede darse rara vez, pero que impedirá la ejecución de la función de seguridad.

– Relacionando la probabilidad de un fallo DU con todos los fallos posibles el resultado será el llamado valor DC de cobertura de diagnóstico y la importante fracción de fallo de seguridad SFF. Ambos valores deben sobrepasar ciertos porcentajes dependiendo de los requisitos de seguridad individuales.

– Mediante ingeniosos conceptos de sistema (especialmente por redundancias), pruebas de funcionamiento periódicamente repetidas y medidas preventivas la probabilidad de un fallo DU puede ser disminuido adicionalmente.

– El riesgo residual remanente puede ser calculado estadísticamente y clasificado. Esto tiene como resultado cuatro diferentes de niveles integrales de seguridad SIL1 a SIL4, donde SIL4 refleja la mayor fiabilidad pero no está establecido para sistemas de detección de gases, que están clasificados SIL2 y – mediante redundancias – SIL3.

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La fiabilidad de un sistema de detección de gases no solo depende de las propiedades y el funcionamiento del equipo, sino también depende de la instalación, manejo y mantenimiento – y especialmente de la correcta colocación de sensores. Naturalmente, los sensores solo pueden detectar gas si el sensor está dentro de la nube de gas. La colocación incorrecta del sensor resulta en un sistema de detección de gases inútil.

Las fugas de gas se pueden producir por ejemplo cuando gases fríos licuados y/o presurizados son expulsados al ambiente, y se mezclan con el aire. Su concentración disminuye, y la dis – persión de gas depende más de las condiciones de temperatura actuales y la convección del aire que de la densidad del gas puro.

Tres reglas básicas:

– Solo hay tres gases inflamables que son considerablemente más ligeros que el aire: hidrógeno (H 2 ), amoniaco ( NH 3 ), y metano ( CH 4 ). Mezclas normales de estos gases se elevan.

– Vapores de líquidos inflamables son más pesados que el aire

– fluyen hacía abajo siempre que no sean alterados por la convección del aire.

– Independientemente de la densidad del gas puro, concentraciones de gas de menos de 1000 ppm en aire virtualmente tienen la misma densidad que el aire. La dispersión de concentraciones como esta seguirá, bastante el perfil de temperatura actual y la convección del aire.

Estrategía de colocación:

Seguramente la manera óptima es colocar los sensores lo más cerca posible de la fuga potencial. Las fugas pueden surgir en bombas, válvulas, tubos flexibles y sus conexiones, en bridas, dispositivos de cierre, fuelles, etc. Si estas ubicaciones no pueden ser fácilmente detectadas, hay que repartir sensores por toda la zona peligrosa (monitorización de zona). Es esencial que el gas alcance el sensor en condiciones operativas en un intervalo de tiempo dado. Las condiciones locales de las distintas zonas peligrosas son tan diferentes que no existen estándares reguladores de donde situar un sensor, pero existen directrices convenientes (por ejemplo EN 50073 o IEC 60079-29-2).

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En una primera aproximación los sensores de gas no miden directamente concentraciones de gas: sensores electroquímicos miden cambios de flujo de electrones, sensores de perla catalítica miden cambios de resistencia, y detectores IR miden cambios de intensidad de radiación IR en el cercano infrarrojo. Estos cambios siempre se refieren a condiciones normales (aire limpio) que se llama punto cero porque no hay presencia de gas. Solamente mediante la calibración es posible correlacionar cierta concentración de gas a cierta señal de salida, resultando un equipo de detección de gases.

La calibración es extremadamente importante. Obviamente, equipos de detección de gases no pueden medir adecuadamente si no han sido calibrados adecuadamente. Mientras que la calibración de cero es bastante sencilla porque en general se puede utilizar aire ambiente para ello, la calibración de la sensibilidad (llamada calibración span) no es tan trivial. Por la misma razón que los sensores electroquímicos pueden detectar gases reactivos, deben ser calibrados utilizando gases reactivos. Pero desafortunadamente muchos gases reactivos también reaccionan con material húmedo de las superficies y plásticos. Aunque desde el punto de vista de seguridad se recomienda realizar la calibración del span con el gas (que debe ser detectado) existen varias razones para usar un gas de prueba sustituto fácil de usar para una calibración cruzada. Si una variedad de gases o vapores deben ser detectados por un solo sensor, el equipo debe ser calibrado para la sustancia que el sensor es menos sensible. De este modo, el detector es calibrado hacia el lado seguro, porque todas las concentraciones de gas son medidas correctamente o como demasiado sensible. La sensibilidad del sensor para ciertos gases no se puede

calcular de datos específicos del gas, sin embargo solo puede ser determinada aplicando gas y evaluando la respuesta. Para conseguir una buena medición, la calibración debe ser realizada lo mejor posible en las condiciones esperadas durante el funcionamiento.

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Puesto que los equipos y los sistemas de detección de gases con productos de tecnología de seguridad para aplicaciones industriales no solo deben cumplir con los requisitos legales (por ejemplo seguridad eléctrica, protección contra explosión, compatibilidad electromagnética) pero también con más requisitos como que incluso en ambientes industriales duras la calidad del producto y la fiabilidad de la alarma se sostengan.

Estándares relacionados con la protección contra explosión: Los requisitos de diseño aseguran que los dispositivos no funcionen como fuentes de ignición. Estándares aceptados mundialmente están editados por ejemplo por CENELEC (ATEX), IEC, CSA, UL, GOST, etc.

Compatibilidad electromagnética según EN 50 270: Estándares de pruebas que aseguran que los equipos no produzcan perturbaciones relacionadas con cables o radiaciones eléctricas, y especialmente que no sean influenciados negativamente por perturbaciones relacionadas con cables (subidas de tensión, explosiones) o emisiones de alta frecuencia (80 MHz a 2 GHz a potencias de campo eléctricos de hasta 30 V/m), y que resistan descargas eléctricas sin ser afectados con respecto a su fiabilidad. Los estándares de pruebas relevantes están basadas en las series IEC 61000.

Clima, vibración e impacto, por ejemplo según IEC 60028: Ciclos de temperatura de calor seco y húmedo (hasta 70 °C, ¡incluyendo condensación!) durante varios días y prueba de frío. Durante estos ciclos son realizadas pruebas de funcionamiento esporádicas y pruebas de resistencia al aislamiento con alto voltaje. Test de vibración hasta 4 veces la gravedad durante 90 minutos en cada eje debe pasar las frecuencias de resonancia determinada sin afectar el funcionamiento adecuado.

Prestaciones de medida:

Debe alcanzarse unas ciertos prestaciones de medida incluso bajo condiciones ambientales extremas (temperatura, presión, velocidad del viento, humedad relativa, vibración, etc):

EN 61 779 / EN 60079-29-1 – para gases/vapores inflamables

EN 45 544 – para gases y vapores tóxicos

Comunicación digital según EN 50 271:

Hoy en día transmisores y unidades de control en general están controlados por ordenador. Hardware y software deben cumplir ciertos requisitos relativos a la fiabilidad del sistema.

Homologaciones Navales:

Los requisitos de las llamadas sociedades de autorización por ejemplo Det Norske Veritas (DNV), Lloyds Register of Shipping (LRS), Germanischer Lloyd (GL), Bureau Veritas (BV), etc.

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Los sensores para la detección de gases y vapores son transductores que usan ciertas propiedades de los gases para la conversión en una señal eléctrica adecuada. Especialmente tres principios de medición se han hecho dominantes en las décadas recientes de la detección industrial de gases: sensores electroquímicos, sensores de perla catalítica y sensores infrarrojos.

Principio de medición de los sensores electroquímicos

Muchos gases tóxicos también son muy reactivos y en condiciones adecuadas cambian con reacciones químicas. El sensor electroquímico es un micro-reactor, que con la presencia de gases reactivos produce electrones exactamente como una batería. El flujo de electrones es una corriente eléctrica muy baja pero medible.

Un sensor electroquímico consiste como mínimo dos electrodos(electrodo de medida y contra electrodo) que tienen contacto eléctrico de dos manera diferentes: por un lado vía un medio eléctricamente conductivo llamado electrolito (un líquido pastoso para transportar iones), por otro lado vía un circuito de corriente eléctrica externo (un simple cable de cobre para transportar electrones).

Los electrodos están fabricados de un material especial que también tiene características catalíticas haciendo posible reacciones químicas en la llamada zona de 3 fases, donde hay presencia de gas, catalizador sólido y electrolito líquido. El recolector de electrones oxígeno necesario para esta reacción proviene del aire ambiente. Se conocen más recolectores de electrones, por ejemplo cloro, flúor, ozono o dióxido denitrógeno. Así la corriente de los sensores utilizados para estos gases fluye en dirección invertida. La corriente se puede medir con un micro-amperímetro..

Sensores electroquímicos

Más de cien gases y vapores son detectables por los sensores electroquímicos Dräger. Algunos de estos reaccionan muy específicamente a gas patrón, otros son típicos sensores de grupos de gases que son sensibles a muchos gases reactivos diferentes. Los sensores electroquímicos Dräger principalmente están equipados con tres electrodos, un electrodo de medida, un contra electrodo y un electrodo de referencia. La capacidad de medida del sensor es aumentada mediante un voltaje bias medido y mantenido constante mediante el electrodo de referencia y un circuito de control electrónico (el llamado circuito potencioestatico). Adicionalmente hay un elemento medidor de temperatura en el interior del sensor porque los procesos electroquímicos dependen extremadamente de la temperatura y por lo tanto necesitan ser compensados. Solamente por el circuito eléctrico exterior del sensor (especialmente para la compensación de temperatura y la amplificación y el acondicionamiento de la muy baja y ruidosa corriente del sensor – solo unos
pocos microamperios) que produce una señal 4-20-mA, el sensor electroquímico se convierte en un detector de gas real. Los siguientes rangos de medida pueden ser detectados (adaptable al usuario con por ejemplo el Polytron 7000).

Los sensores electroquímicos necesita muy poca energia, por eso pueden funcionar en seguridad intrínseca. En este caso, no se necesita pasadas carcasas antideglagrantes y se pueden realizar los cambios de los sensores fácilmente sin necesidad de solicitar permisos de trabajo en caliente.

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En una primera aproximación los equipos de detección son productos de tecnología de seguridad y son utilizados preferentemente para proteger a los trabajadores y asegurar seguridad de la planta. Los sistemas de detección de gases están dedicados a detectar concentraciones de gas peligrosas, para activar alarmas y – hasta donde sea posible – activar contramedidas antes de que se pueda producir una situación peligrosa para empleados, instalaciones y medioambiente.

Los equipos para detección de gases pueden ser portátiles (o semi-portátiles) o sistemas fijos de detección de gases. La seguridad de una zona potencialmente afectada por gases y vapores peligrosos depende principalmente de la fiabilidad del sistema de detección de gases, y especialmente de la calidad de los sensores utilizados. Al contrario que los sensores de equipos portátiles, los sensores fijos incluyendo su electrónica están en funcionamiento continuamente, año tras año, las 24 horas al día – solo para estar disponibles para el instante aleatorio de un escape de gas.

Y esto incluso en condiciones ambientales extremas, como por ejemplo a – 50 °C o + 65 °C, a humedad relativa del aire alta o incluso muy secas, en aplicaciones al aire libre con lluvia, tormenta y nieve o en condiciones del desierto, con influencias electromagnéticas o fuertes vibraciones… Y – evidente – la protección contra explosión no debe ser un problema y la medición solo debe ser afectada de manera insignificante. Como se muestra en los gráficos, hay un cruce fluido entre la tecnología de detección de gases por un lado y por otro, la instrumentación del proceso. Aunque desarrollados como un producto de tecnología de seguridad, hay ciertos transmisores para detección de gases que tienen unas características de medición tan excelentes que hoy en día incluso destacan más y más como equipos de análisis en el campo de la instrumentación del proceso.

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