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Sistemas de detección de gas  


- Cables y cajas de conexiones
- Ubicación de sensores
- Opciones normales de montaje de sensors
- Configuraciones típicas de los sistemas
- Métodos de instalación

El método más común empleado para supervisar continuamente las fugas de gases peligrosos es colocar varios sensores en lugares en los que sea más probable que tengan lugar fugas. Estos sensores se conectan de forma eléctrica a un controlador multicanal situado a cierta distancia en una zona segura y libre de gas con una pantalla y alarma, dispositivos de grabación de sucesos, etc., y se suele denominar sistema fijo. Como su nombre indica, está permanentemente ubicado en la zona (por ejemplo, plataformas petrolíferas, refinerías de petróleo, almacenes refrigerados de laboratorio, etc.).    

 

 

 

La complejidad de cualquier sistema de detección de gas depende del uso que se quiera dar a los datos. La grabación de datos permite que la información se use para identificar zonas problemáticas y ayudar en la puesta en marcha de medidas de seguridad. Si el sistema se va a usar sólo para advertencias, las salidas del sistema pueden ser simples y el almacenamiento de los datos no es necesario. Por lo tanto, al elegir un sistema es importante conocer cómo se va a usar la información, para que se puedan seleccionar los componentes apropiados para el sistema. En la supervisión de gas tóxico, el uso de sistemas multipunto ha demostrado rápidamente su potencial para resolver una amplia variedad de problemas de exposición en el lugar de trabajo, así como su incalculable valor para identificar problemas y para informar a los trabajadores y a la dirección de las concentraciones de agentes contaminantes en el lugar de trabajo.   

En el diseño de sistemas multipunto, hay que tener muy en cuenta los diversos componentes y su interconexión. Cuando se usan sensores de detección catalíticos, por ejemplo, las conexiones de los cables eléctricos a los sensores deben tener tres conductores de 1mm cuadrado cada uno, que transmitan no sólo la señal de salida, sino también la electricidad al circuito de puente, que se encuentra en el sensor para reducir la caída del voltaje de la señal en los cables.

En el caso de sistemas de supervisión de gases tóxicos (y algunos inflamables), a veces se toman muestras de la atmósfera en ubicaciones lejos de la unidad y los gases se obtienen con bombas que llegan hasta los sensores mediante varios tubos pequeños de material sintético. Al diseñar estos sistemas, hay que prestar especial atención a la selección de tubos y bombas con un tamaño adecuado, a una unidad de muestreo secuencial para comprobar cada tubo cada vez y a los filtros que detienen partículas o agua que corten el flujo de gas. El tamaño de los tubos puede ser importante, ya que tiene que ser lo suficientemente grande para permitir tiempos de respuesta rápida con bombas de tamaño estándar, pero al mismo tiempo no deben ser tan grandes como para permitir una disolución excesiva del gas en el aire. Cada punto de muestreo debe estar conectado a un tubo separado, y si varios puntos están conectados a un único sensor central, será necesario depurar el sensor con aire limpio entre las muestras.

Los controladores que se usan en los sistemas fijos pueden estar ubicados de forma central o distribuidos en diferentes ubicaciones de una instalación según los requisitos de aplicación. Aparecen en un panel de control y lo pueden hacer tanto en configuraciones de un canal (es decir, una tarjeta de control por sensor) como en configuraciones multicanal, siendo esta última útil cuando las limitaciones de energía, espacio o coste sean importantes. 

Las unidades de control incluyen un medidor en el panel frontal o LCD para indicar la concentración de gas en cada sensor, y normalmente también tendrá relés internos para controlar funciones como la alarma, los fallos y el cierre. El número de niveles de alarma disponibles varía según los controladores, pero normalmente se pueden definir hasta tres niveles, dependiendo de los requisitos reglamentarios o de las prácticas de trabajo de la industria. Otras características útiles incluirían la inhibición y el restablecimiento de alarmas, la indicación de rebasamiento de rango máximo y salidas analógicas de 4-20 mA. A menudo las salidas digitales también están disponibles para comunicar el controlador con un DCS/BMS. Es importante recordar que el propósito principal de un sistema de detección de gas es detectar la acumulación de una concentración de gas antes de que llegue a un nivel peligroso e iniciar un proceso de mitigación para evitar que se produzca un peligro. Si la concentración de gas se mantiene en un nivel peligroso, se iniciarán el cierre ejecutivo y las alarmas de advertencia de peligro. Registrar el suceso o medir los niveles de gas a los que el personal ha estado expuesto no es suficiente.

Cables y cajas de conexiones
En un sistema de detección de gas industrial normal como el que se acaba de describir, los sensores se colocan en varios puntos estratégicos alrededor de la planta y a diferentes distancias del controlador. Al instalar conexiones eléctricas al controlador, es importante recordar que el cable de cada sensor tendrá una resistencia de bucle eléctrica dependiendo de su longitud. Con detectores de tipo de voltaje constante el proceso de calibración requerirá una persona tanto en el sensor de campo como en el controlador. Con detectores de corriente constante o con los que tienen un transmisor local, la calibración del dispositivo de campo se puede llevar a cabo de forma separada de la calibración del controlador.
 
Los cables del sensor están protegidos del daño externo tanto pasándolos a través un conducto de metal o usando un cable adecuado protegido mecánicamente. Los casquillos protectores deben estar ajustados a cada extremo de cable y el sensor se monta en una caja de conexiones para ayudar a que las terminaciones sean simples, de baja resistencia y “limpias”. También es muy importante que todos los tamaños de los casquillos y de las roscas de los tornillos sean compatibles con la caja de conexiones y el diámetro externo de los cables que se usan. Se debe usar la correcta arandela de estanqueidad para asegurar el impermeabilizado entre el detector y la caja de conexiones. Un punto más que hay que recordar es que los fabricantes de sensores normalmente indican la resistencia máxima de bucle (no de resistencia del cableado) de las conexiones de sus sensores al proporcionar la información para calcular los diámetros de los conductores del cable para su instalación. 

 

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Ubicación de sensores
“¿Cuántos detectores necesito?” y “¿dónde debo colocarlos?” son dos de las preguntas más habituales sobre los sistemas de detección de gas, y probablemente dos de las más difíciles de responder. A diferencia de otros tipos de detectores relacionados con la seguridad, como los detectores de humo, la ubicación y cantidad de detectores requeridos en diferentes aplicaciones no está claramente definido.

Se puede obtener una orientación considerable de normas como EN50073 Guía para la selección, instalación, uso y mantenimiento de aparatos para la detección y medida de oxígeno o gases combustibles. Códigos prácticos internacionales similares, p. ej. se puede usar el Código eléctrico nacional (NEC) o el Código eléctrico canadiense (CEC) donde sean aplicables. Además, algunos organismos reguladores publican especificaciones que proporcionan requisitos de detección de gas mínimos para aplicaciones específicas. Estas referencias son útiles pero tienden a ser muy genéricas y, por tanto, demasiado generales en los detalles o específicos de aplicaciones y, por consiguiente, irrelevante en la mayoría de las aplicaciones.

La localización de los detectores debe efectuarse de acuerdo con el consejo de expertos con conocimientos especializados en dispersión de gases, expertos con conocimientos especializados en los sistemas de la planta de proceso y de los equipos implicados y personal de ingeniería y seguridad. El acuerdo alcanzado sobre la ubicación de los detectores deberá ser también registrado.

Los detectores deberán instalarse allí donde se considere más probable la aparición de gas. Las ubicaciones que requieren la máxima protección en una planta industrial deberían encontrarse en torno a calderas a gas, compresores, depósitos de almacenamiento presurizados, cilindros o tuberías. Las zonas donde es más probable que se produzcan fugas son válvulas, indicadores, bridas, juntas en forma de tes, conexiones de llenado o drenaje, etc.

Hay varias consideraciones sencillas y a menudo bastante obvias que ayudan a determinar la ubicación del detector:

• Para detectar gases más ligeros que el aire (por ejemplo, metano y amoniaco), los detectores deben montarse en un nivel superior y usar preferiblemente un embudo recolector.
• Para detectar gases más pesados que el aire, (por ejemplo, butano y dióxido de azufre), los detectores deben montarse en un nivel inferior.
• Tenga en cuenta cómo se comportaría un escape de gas debido a la acción corrientes de aire, forzadas o naturales. Monte los detectores en conductos de ventilación si es adecuado.
• Al elegir la ubicación de los detectores se debe tener en cuenta los posibles daños causados por agentes naturales como lluvia o inundaciones. Para los detectores montados en exteriores es preferible utilizar el montaje de protección a intemperie.
• Utilice una protección contra el sol para el detector si coloca un detector en un clima cálido y en exposición directa al sol.
• Tenga en cuenta las condiciones del proceso. Butano, por ejemplo, es normalmente más pesados que el aire, pero si se liberan desde una línea de proceso a alta temperatura o baja presión, el gas puede elevarse en lugar de descender.
• Los detectores se deben colocar un poco alejados de las piezas de alta presión para permitir que se formen las nubes de gas. De lo contrario, es probable que una fuga de gas pase de largo en un chorro de gran velocidad y no se detecte.
• Tenga en cuenta la facilidad de acceso para las pruebas funcionales y mantenimiento.
• Los detectores deben instalarse en la ubicación designada con el detector señalando hacia abajo. Así se asegurará que el polvo o el agua no se acumularán delante del sensor y detendrá la entrada del gas en el detector.
• Cuando se ubiquen dispositivos infrarrojos de camino abierto, es importarte asegurarse de que no hay una obstrucción o bloqueo permanentes del haz infrarrojo. Se puede instalar el bloqueo a corto plazo de vehículos, personal de emplazamiento, pájaros, etc.
• Asegúrese de que las estructuras en las que se montan los dispositivos de camino abierto sean robustas y no susceptibles a vibración.

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Opciones normales de montaje de sensors  (tecleo para.pdf)

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Configuraciones típicas de los sistemas  (tecleo para .pdf)

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Métodos de instalación
Esencialmente, se emplean dos métodos de instalación en todo el mundo para equipo eléctrico en ubicaciones peligrosas:

1. Cable con entrada indirecta
2. Cable con entrada directa
3. Conducto

Sistemas de cable

Se usan sobre todo en Europa (aunque los códigos eléctricos de EE.UU. y de Canadá enumeran cables con aislamiento mineral y cubierta metálica para su uso en la Clase 1 Div 1 o Zona 1). Las normas a prueba de explosión afirman que se deben usar sistemas de cable con la adecuada protección mecánica. A menudo es un cable armado con alambres de acero y blindaje (SWA) si se usa en zonas en que se puede producir daño mecánico, o se puede usar un conducto protector que está abierto por ambos cabos. Se usan prensaestopas certificados para conectar de forma segura el cable a la caja.

Entrada de cable indirecta


La entrada indirecta es dentro de una zona de terminales de seguridad “Ex e”. Se usan barreras de línea en los cables entre la cámara de los terminales y la caja principal. El instalador sólo necesita acceso abierto a la zona de terminales, no a la caja de protección antideflagración.

Entrada de cable directa



Se realiza la entrada directa a la caja de protección antideflagración. Sólo se pueden usar casquillos certificados especialmente. El tipo y la estructura del cable deben unirse cuidadosamente al tipo correcto de casquillo. La integridad de la protección depende de la correcta instalación realizada por el instalador

Conducto

El conducto es el método principal de instalación en zonas peligrosas en EE.UU. Los hilos eléctricos se extienden como hilos individuales dentro de los tubos de metal cerrados. Los tubos se conectan a las células mediante uniones y deben tener una junta a 18 pulgadas de cada punto de entrada. Todo el sistema del conducto tiene protección antideflagración.

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