Prueba

Tema 7: Gas Cualquier variación significativa en los porcentajes normales de los gases implica una posible acumulación de gas nocivo y existe riesgo de explosión.

Existe una gran variedad de detectores de gas diseñados para evitar o advertir de situaciones de riesgo potencial, y que asociados al sistema electrónico correspondiente, permiten que este pueda dar respuestas luminosas, acústicas, de corte o de ventilación y extracción.

Estos sistemas electrónicos de detección de gases pueden estar diseñados para medir.

Consecuencias asociadas a la concentración de gases Los sistemas de detección electrónica de gas deben cumplir el objetivo de localizar o evitar uno o varios de los siguientes escenarios de riesgo potencial:      

Riesgo de combustión por acumulación de gases o vapores inflamables.

Riesgo de explosión por acumulación de gases o vapores inflamables.

Riesgo de intoxicación por presencia de gases o vapores tóxicos.

Riesgo de asfixia por falta de oxígeno.

Riesgo de explosión por exceso de oxígeno Riesgo por presencia de humor radiactivos.

Tipos de gases 1. Gases inflamables (Categoría de riesgo “Ex”): En condiciones de presión y temperatura normales, pueden desencadenar una combustión o explosión al entrar en contacto con fuentes de calor.

2. Gases tóxicos (Categoría de riesgo “Tox”): Capaces de producir, tanto por contacto como por inhalación efectos irritantes, debilitantes e incluso la muerte.

3. Gases no inflamables no tóxicos (Categoría de riesgo “Ox”): Diluyen, desplazan o sustituyen el oxígeno presente en el aire en condiciones normales, pudiendo provocar la muerte por asfixia.

Atmósfera explosiva: Toda mezcla de aire y sustancias inflamables capaces de desencadenar o propagar una ignición. Se hace referencia a este tipo de atmósferas con el acrónimo “ATEX” La peligrosidad asociada a cualquier tipo de gas depende de su concentración. A la acumulación de gas en un recinto, junto con el oxígeno y otros compuestos gaseosos presentes en el ambiente, se le denomina mezcla.

Medición de las concentraciones de un gas 1. Concentración de masa: Es la relación de la masa de un gas con respecto al volumen de todos los compuestos presentes en la mezcla gaseosa. Se expresa en mg/m3 2. Valor porcentual de la composición: Es la relación del volumen de un gas con respecto al volumen de todos los compuestos presentes en la mezcla gaseosa. Se expresa en %

3. Partes por millón: Es el número de partes de un compuesto en un millón de partes de la mezcla gaseosa. Se expresa como ppm.

La relación entre el valor porcentual y las partes por millón: 1% de volumen = 10000ppm Existen, además, otras dos variables asociadas exclusivamente a las concentraciones de gases inflamables y combustibles, denominadas límites de explosividad y que indican el rango de concentración en el que pueden formar atmósferas explosivas.

1. Límite inferior de explosividad: Representa la concentración de un gas en el aire por debajo del cual la mezcla es excesivamente pobre y no se formará una atmósfera explosiva. Se expresa como Lel o LII. Por debajo de este nivel de concentración es imposible que se produzca la combustión del gas.

2. Límite superior de explosividad: Representa la concentración de un gas en el aire por encima del cual la mezcla es excesivamente grasa o rica y no se formará una atmósfera explosiva ni combustión. Se expresa como UEL o LSI. Por encima de este nivel de concentración es posible que se produzcan pequeñas combustiones parciales.

Gases perjudiciales más habituales Monóxido de carbono (CO) Es un gas incoloro, inodoro y extremadamente tóxico que puede provocar la muerte por asfixia en pequeñas concentraciones. Se origina principalmente como consecuencia de la combustión incompleta de compuestos carbonados o las emisiones ocasionadas por vehículos.

En condiciones de ventilación insuficiente, el monóxido de carbono penetra en el interior del cuerpo humano a través de los pulmones y reacciona con la hemoglobina de la sangre, obstruyendo el transporte de oxígeno al corazón y al cerebro, Los efectos de este gas dependen de la concentración en la mezcla y del tiempo de exposición.

El CO es un gas muy peligroso dado que puede causar la muerte de la persona que lo respira sin que este se dé cuenta, al caer en un estado de adormecimiento que no da sensación ni de ahogo ni de asfixia. Por este motivo, esta situación de riesgo es conocida como muerte dulce.

Al tratarse de un gas imperceptible para los humanos, resulta necesario instalar sistemas de ventilación o dispositivos de detección de CO en ubicaciones en las que sea probable su acumulación, como por ejemplo garajes, cocinas y en las cercanías de estufas, calefactores, calderas, etc.

Dióxido de carbono (CO2) El dióxido de carbono es un gas producido de manera natural como consecuencia del metabolismo de los seres vivos, y se elimina de los pulmones durante el proceso normal de respiración. Sin embargo, este tipo de gas es potencialmente peligroso en condiciones de ventilación deficiente.

Para concentraciones muy elevadas y prolongadas en recintos cerrados, las personas expuestas al dióxido de carbono, pueden sufrir convulsiones, pérdida de consciencia e, incluso, la muerte.

En torno a las 500ppm es considerado como aceptable y asumible para un ser humano si la exposición no es excesivamente prolongada.

Oxígeno Concentraciones anómalas de oxígeno:  Peligro de asfixia por carencia de oxígeno.  Peligro de inflamabilidad por exceso de oxígeno.

La cantidad normal de oxígeno en el aire en condiciones normales es del 20,9%.

Un nivel cercano al 16% está asociado al malestar general y mareos, mientras que niveles por debajo del 6% resultan mortales.

Cuando el nivel de concentración supera el 24% comienza el riesgo potencial de inflamabilidad y explosión.

Gases inflamables convencionales Para que una determinada atmósfera pueda ser considerada como explosiva, debe producirse una acumulación de oxígeno y gas inflamable en la proporción adecuada de manera que cualquier fuente de ignición Existe un gran número de gases con propiedades inflamables capaces de generar atmósferas explosivas. El butano, el propano, el metano y el hidrógeno.

La mayoría de los sistemas de detección electrónica de gas son diseñados y configurados para actuar únicamente cuando se sobrepasa el límite inferior de explosividad.

Equipos para la detección de gases Un sensor de gas es un equipo electrónico capaz de detectar la presencia de un determinado compuesto gaseoso en la atmósfera, y emite la señal correspondiente ante una determinada concentración o presencia del mismo.

Tipos de detectores de gas 1. Según su modo de funcionamiento 2. Según el tipo de gas a detectar Tipos de detectores de gas según su modo de funcionamiento 1. Detectores autónomos: No forman parte de un sistema de seguridad electrónica como tal, sino que realizan su función de detección de manera independiente, Disponen de alarmas integradas, leds de estado y pueden ofrecer la posibilidad de asociarse a une electroválvula para el corte de suministro, (Detectores de clase A) Estos detectores no indican el valor exacto de la concentración del gas en el ambiente, pero en ocasiones sí permiten variar y ajustar su sensibilidad.

Lo más usual es que funcionen con pilas o baterías (entre 12 y 48Vcc), aunque pueden estar conectados a la red eléctrica convencional si disponen de una fuente de alimentación.

2. Detectores no autónomos: Son aquellos que forman parte de un sistema de seguridad electrónica, con central de alarmas y actuadores asociados.

Las posibilidades de respuesta son mucho mayores, pudiendo configurar el sistema para activar alarmas, cerrar electroválvulas, conectar los equipos de extracción y ventilación forzada, etc.

Tipos de detectores según el tipo de gas a detectar Existen equipos capaces de detectar la existencia e incluso medir la concentración de determinados gases tóxicos, otros que se activan ante la presencia de sustancias gaseosas combustibles, además de detectores que se utilizan para controlar los niveles de oxígeno en el ambiente.

Los gases que tienen más densidad que el aire tienden a descender hasta el nivel del suelo, mientras que los gases que tienen menos densidad que el aire, tienden a acumularse en los techos.

El gas butano o el gas propano tienen más densidad que el aire y se acumulan en las zonas más bajas.

Técnicas de detección de gases 1. Detección catalítica: Se utiliza en sensores de gas combustible de bajo coste.

Su funcionamiento está basado en la combustión del gas presente en el ambiente sobre la capa exterior catalizadora del detector, que al desprender calor incrementa la temperatura de un pequeño elemento denominado perla y altera la resistencia de una bobina de alambre interna. A partir de este valor de la resistencia se puede obtener el nivel de concentración del gas en el entorno cercano.

2. Detección electroquímica: Electrodos sumergidos en un electrolito. El gas penetra en el interior del detector a través de una barrera de difusión y reacciona con la superficie del electrodo activo. Esta reacción química produce una diferencia de potencial que establece una corriente interna, siendo su magnitud proporcional al nivel de concentración del gas.

Esta técnica es utilizada para la detección de la mayoría de gases tóxicos. La principal desventaja de la detección electroquímica es su bajo rendimiento en ambientes con altas concentraciones de oxígeno.

Algunos detectores de gas deben ser calibrados.

3. Detección infraroja: Proyectar dos señales de luz correspondiente a la zona infrarroja del espectro electromagnético sobre una mezcla de gas combustible. Una de las ondas de luz será la de referencia, mientras que otra se ajustará al tipo de gas en cuestión. El detector establecerá el nivel de concentración del gas comparando las diferencias de amplitud entre ambas señales.

Los sensores requieren un mantenimiento mínimo y su velocidad de respuesta es muy elevada. Aunque solo detectan gases con moléculas formadas por dos átomos.

Los detectores de gas basados en tecnología infrarroja pueden ser de dos tipos: 1. Por punto infrarrojo: Emite radiación infrarroja de manera puntual. El consumo de energía es muy elevado en comparación con otras técnicas de detección.

2. De camino abierto: Detector de alto coste que emite un haz infrarrojo muy amplio capaz de cubrir distancias y superficies de cientos de metros.

4. Detección por semiconductor: Técnica más utilizada en detectores de bajo coste. Basado en dos ciclos, absorbiendo el gas, eliminando las variaciones. Son muy simples y resistentes Utilizados generalmente para entornos domésticos, son lentos en la respuesta y se pueden ver muy afectados por variables atmosféricas.

5. Detección por conductividad térmica: Basada en dos elementos, uno expuesto al entorno y uno de referencia. Compara la conductividad térmica.

6. Detección por cinta de papal: Utilización de una tira absorbente de papel que reacciona con uno o varios gases Una de sus principales ventajas es la evidencia permanente (mancha sobre el papel).

Actuadores Dispositivos de aviso y señalización El aviso puede ser regulado en función de la concentración. Los sistemas más básicos están constituidos únicamente por sirenas que alertan de la presencia de un gas. Los sistemas más sofisticados disponen además de leds indicadores de estados asociados a cada uno de los detectores.

Un detector puede incluir los siguientes indicadores luminosos de estado: 1. Led de servicio: Color vede. Se encuentra activado permanentemente o de forma intermitente cuando el detector está alimentado y las condiciones de funcionamiento son normales.

2. Led de avería: Color amarillo/ámbar. Se activa cuando se produce alguna anomalía en el funcionamiento del detector.

3. Led de alarma: Color amarillo. Se activa cuando se produce una concentración peligrosa del gas a detectar.

Dispositivos de corte de suministro Fundamentalmente electroválvulas instaladas en las canalizaciones de gas. En el momento de la detección se envía una orden hacia la electroválvula correspondiente, que corta el suministro y evita que la acumulación de gas aumente.

También resulta posible asociar el sistema de detección a un contactor situado en el cuadro eléctrico para que se corte el suministro, Sistemas de ventilación forzada y extracción Centrales Los parámetros más relevantes para escoger una central:  Tipo de gas a detectar  Velocidad de respuesta  Tipo de actuación requerida  Posibilidad de programación o calibración Hasta 200 zonas.

Componentes internos de una central:  Microprocesador y memoria.  Fuente de alimentación  Panel de control y programación  Selectores de máxima concentración permitida por zona, de rango variable (Ruleta o display/teclado)  Display númerico Pueden estar preparadas para la conexión de detectores de varios tipos de gas, o ser específicas.

Centrales de monóxido de carbono (CO) Obligatoria en garajes, aparcamientos subterráneos, talleres de reparación de automóviles y recintos de similares características Generalmente se encuentran ubicadas junto a las centrales de detección de incendios.

Cuando la instalación dispone de dos grupos de extractores por sector, las centrales se programan para que en el primer nivel entre uno y, solo si es necesario, entre el segundo. Si con los dos grupos funcionando se alcanzaran niveles de riesgo (Nivel 3), la central activaría los sistemas de evacuación.

Centrales de detección de gases múltiples Configuración por zonas, denominadas canales, en función de tres parámetros.

1. Límite inferior de explosividad en ppm o % para gases inflamables 2. Volumen de oxígeno presente en % 3. Concentración del gas tóxico programado en ppm Montaje y configuración Está constituida por una línea de 2 hilos de entre 0,5mm2 y 1,5mm2 de sección.

El cableado debe ser resistente a cualquier daño mecánico.

Las conexiones en la central suelen ser: ZONA, ALARM y VENT. Baterías.

Sirenas, con potencia acústica comprendida entre 85 y 100dB Problema: Caudal de ventilación V= Superficie*Altura C=S*R (m3/h)