Metodos De Detección De Gases

Tabla 0.1 métodos de detección de Gases

MÉTODO DE DETECCIÓN

GASES DETECTADOS

Detectores de conductividad térmica

CO, CO2, AR, SO2

Electrodos de ion selectivo

Halogenuros (F, CL, Br), Azufre y serie de Anhídridos (CO2, SO2, SO3, NO2).

Detectores de estado sólido

O2, CO, NO, NO2, SO2, H2S, HCN, NH3, CLO2, O3, CL2, H2

Sensores de oxido de circonio Oxigeno (O2)

Detectores basados en quimisorción

CO2, O2, H2, CO, vapores de acetonas, alcoholes, éteres, benzoles,

Transistores ionosensibles Hidrogeno

Detectores de infrarrojos no dispersivos CO,CO2,SO2, NO2,CH4, NO, NH3,HC

Detección de ionización de llama

Hidrocarburo, metano, (CH4), propano C3H8

Detectores paramagnéticos Oxigeno (O2)

Detectores ultravioletas

Dióxido de azufre (SO2), Amoniaco (NH3), H2S, NO2

Detectores por quimiluminiscencia NO, NO2

Detectores cromatográficos Múltiples gases

• Detectores de conductividad Térmica (CT)

Son aparatos prácticos para la detección de gases puros, pero cuando se trata de mezclas, se debe tener en cuenta la superposición de los efectos de la CT de uno de los componentes sobre otro, lo que puede dar deducciones erróneas del estado y descomposición de las mismas.

La conductividad térmica describe el transporte de energía térmica resultante de los gradientes térmicos de un gas. El detector asociado se denomina catarómetro y su funcionamiento consiste en aplicar una corriente eléctrica constante, por un hilo metálico rodeado de un gas en el interior de una cámara; la temperatura del filamento va a depender de la CT exterior del gas. Por otro lado, la resistencia eléctrica del hilo es proporcional a su temperatura. En el catarómetro, 4 hilos de platino u otro metal de características eléctricas y térmicas idénticas, están encerrados en las células separadas en el interior de un bloque metálico común. Cada hilo forma un brazo de un puente de Wheastone, como se muestra en la Figura 0.1

Figura 0.1. Detector de Conductividad térmica

Si por D y B se hace pasar el gas de referencia y por A y C se hace pasar el gas problema, la diferencia en la CT de los gases incidirá en la diferencia de temperatura, por lo que la diferencia de la resistencia eléctrica de los hilos, desequilibrará el puente y aparecerá una tensión entre P Y Q. Esta diferencia de potencial puede estar calibrada para leerla o utilizarla para excitar un relé que conecte una señal de alarma.

• Detectores con electrodos de ion selectivo

La técnica utilizada es la electroquímica, la cual desarrolla tipos de electrodos sensibles a distintas sustancias. El electrodo selectivo posee una membrana semipermeable (líquida, sólida, vítrea), que es sólo permeable a la especie de interés y que se produce en la zona externa adyacente a la membrana semipermeable. Dicha membrana se utiliza para separar la interfaz de metal electrolítica, donde se produce la transferencia electrónica.

• Detectores de estado sólido

Existen dos tipos de sensores: el primero de ellos está basado en la diferencia de potencial electro-químico entre los electrodos colocados en cada lado de una pared sólida y sólo permite un transporte selectivo; estos electrodos están en contacto con dos medios que contienen una concentración conocida de la especie a analizar y una concentración desconocida de la misma especie. En esta situación se genera una Fem. desarrollada en los bordes del sistema, producto de la relación entre la conductividad iónica y la eléctrica total.

El segundo tipo de sensores presenta conductividad electrónica variable por exceso o por defecto de electrones, según sea su exposición a una presión parcial de oxígeno elevado o débil. Poseen ventajas de mayor sensibilidad, niveles más elevados de señal eléctrica, mantenimiento económico y bajo costo de fabricación.

• Sensores basados en quimisorción

Son detectores basados en la absorción y desorción de gases, estos fenómenos provocan un cambio en la conductividad eléctrica del semiconductor que actúa como sensor.

Se usan láminas delgadas de óxidos metálicos expuestas a la absorción de gases. El circuito de medida de la conductividad eléctrica consiste en una resistencia variable, la cuál es conectada en serie con el sensor. La corriente eléctrica que pasa a través de la película de óxido, se mide por la caída en tensión de Rs con un registrador potenciométrico; por consiguiente se requiere de una fuente de alimentación estabilizada.

• Transistores ionosensibles

Su principio de funcionamiento se basa en la variación de salida de un metal. Los trabajos de Lundstrom en el año 1975 han dado como resultado un transistor MOS de rejilla de paladio sensible, a concentraciones de hidrógeno en estado gaseoso.

• Detector por ionización de la llama

Utiliza un método electrostático de detección. El hidrógeno cuando es quemado en hidrocarburos, produce una llama conteniendo una pequeña cantidad de iones. La introducción de una muestra de hidrocarburo dentro de una llama, resulta en una ionización compleja que produce un gran número de iones.

Al aplicar un voltaje polarizado, aplicado entre el quemador y el colector, se produce un campo electrostático, lo que genera una migración de iones positivos al colector e iones negativos al quemador, estableciendo una corriente de ionización entre los dos componentes. Esta corriente es proporcional a la concentración de hidrocarburos dentro de la llama.

• Detectores paramagnéticos

Utilizan una celda de medición de tipo magneto dinámica. Como el oxígeno es el único gas que es atraído dentro de un campo magnético, entonces puede ser medido a través de una metodología paramagnética.

El magneto dinámico (Dumbbell), es montado sobre una capa de platino en un campo magnético no uniforme. Cuando el oxígeno es introducido al detector, el Dumbbell se mueve. Este movimiento alejado de la posición de descanso, es detectado y medido por un sistema óptico, incluyendo fotodiodos conectados a un amplificador. Una bobina arropa el Dumbbell, a través de la cual circula corriente. Esta acción regresa al Dumbbell a su posición original, la corriente de reposición es medida y es proporcional a la concentración de oxígeno en el gas muestra.

• Detectores ultravioleta

Consiste en hacer pasar luz ultravioleta a través del gas muestra. Una fuente de luz ultravioleta es alineada con un lente que dirige la luz a través de una celda de muestreo, luego un detector al final de la celda censa la intensidad de la luz UV, la cual disminuye por la absorción del gas. Una referencia es necesaria para determinar la exactitud de la intensidad de la señal. Esta referencia se obtiene utilizando un modulador de fase para crear una fase desplazada, la cual apaga la transmisión de luz UV; como resultado, el detector sensa una intensidad de señal sin absorción de gas. La diferencia entre esas lecturas es usada para determinar la concentración real del gas.

• Detectores por quimiluminiscencia

Utiliza la propiedad de reacción química en su método de detección. Esta técnica está basada en el principio que el óxido nítrico (NO) reacciona con el ozono (O3) para producir dióxido de nitrógeno hiperexcitado (NO2). Las moléculas excitadas de NO2, inmediatamente se revierten a las moléculas de NO2 y emiten fotones. Esta emisión de luz es directamente proporcional a la concentración de NO en la muestra. La intensidad de emisión de luz es luego medida por un fotodetector que es un componente de estado sólido.

• Cromatógrafos de gases

Estos instrumentos separan, identifican y cuantifican múltiples componentes en un proceso a través del uso de tecnologías de conductividad térmica, ionización de llama y fotométrica de llama.

• Detectores de infrarrojo

Su funcionamiento es muy similar al detector por UV. Como los rayos infrarrojos producen calor, se podrá medir la variación de su intensidad de radiación debido a la absorción, mediante dispositivos sensibles a la temperatura. Si se dispone de un equipo adaptado a una longitud de onda dada, se puede tener un buen detector específico. Son útiles cuando se quiere detectar gases determinados, dado que cada gas tiene una longitud de onda característica de absorción. De acuerdo con los anteriores principios teóricos, existen muchos tipos de detectores los cuales serán descritos a continuación:

Para el oxígeno por ejemplo, se encuentran:

• Equipos con transductores paramagnéticos: Estos equipos trabajan por medio de materiales paramagnéticos, los cuales toman el oxígeno, alineándolo en una celda la cual aumenta su tamaño al cambiar la concentración de oxígeno; dicha celda rota sobre un eje por medio de un resorte, que es el encargado de reflejar la luz (a través de dos espejos) en un par de fotoceldas; finalmente, el resultado de la señal es condicionado por un módulo electrónico o display, como se ilustra en la figura 1.2.

Figura 0.2 Equipos con transductores paramagnéticos

• Equipos con sensores de óxido de circonio: Este método, como su nombre lo indica, está basado en un tubo donde se encuentra un sensor de un encapsulado cerámico de óxido de circonio, el cual al generarse un voltaje entre ánodo y cátodo (electrodos de platino), se observa la diferencia de concentraciones de oxígeno dentro y fuera de la superficie de la celda;

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