Mantener la seguridad de los trabajadores con una detección precisa de gases combustibles

Se necesitan tres elementos para que una sustancia arda:

• Combustible
• Calor
• Oxígeno

Este es el triángulo del fuego, y los tres elementos son necesarios para encender un gas. Si se elimina cualquiera de estos tres componentes, se elimina la posibilidad de que se produzca un incendio o una explosión. 

El componente combustible suele ser un riesgo laboral en industrias que necesitan un gas concreto para realizar su trabajo o que está presente como producto o subproducto de la producción. En tales entornos, el riesgo de combustión puede mitigarse gestionando su liberación incontrolada o accidental, las concentraciones de oxígeno y eliminando las posibles fuentes de ignición.

Por lo general, para proteger a los trabajadores y las instalaciones, se debe prestar especial atención al control de la concentración de gas y la proximidad al límite inferior de explosividad (% LIE) de un gas en el lugar de trabajo. Si el porcentaje es del 100 % LIE, hay suficiente combustible disponible para que se produzca la ignición. Es fundamental que se avise a los trabajadores mucho antes de que la concentración de gas en el ambiente alcance el 100 % LIE. Dependiendo de la región, la jurisdicción legislativa y el protocolo de la empresa, esto podría significar configurar detectores de gas personales para alertar al usuario cuando la presencia de gas alcance un límite LEL bajo del 10 % y, a continuación, advertirle que evacúe si la concentración alcanza un límite LEL alto del 20 %. 

Tipos de gases combustibles

En general, los gases combustibles utilizados en entornos laborales se clasifican en una de estas tres categorías:

• Gases hidrocarburos
• Gas hidrógeno
• Otros gases combustibles (por ejemplo, amoníaco)

La ciencia detrás de los gases hidrocarburos

Los compuestos de hidrocarburos representan la mayor parte de los riesgos relacionados con gases combustibles en el lugar de trabajo. Estos compuestos orgánicos están formados únicamente por carbono e hidrógeno. Cuando un gas de hidrocarburo se mezcla con suficiente oxígeno y a temperaturas lo suficientemente altas, los enlaces de los hidrocarburos se destruyen. Se puede producir un calor extremo, ya que la transformación descompone el compuesto en dióxido de carbono y agua, lo que crea un riesgo significativo de combustión.

El riesgo del gas hidrógeno

Un proceso similar ocurre cuando se aplican altas temperaturas al gas hidrógeno, pero, como no hay átomos de carbono disponibles, la reacción solo produce agua y calor. A diferencia del metano, el hidrógeno tiene un rango muy amplio de temperaturas en las que es combustible.

Tenga cuidado con otros gases combustibles.

Otros gases presentes en los entornos industriales pueden ser muy tóxicos, además de combustibles en determinadas concentraciones. El sulfuro de hidrógeno (H2S), por ejemplo, se considera una amenaza inmediata para la vida tan pronto como alcanza las 100 partes por millón (ppm), pero se vuelve combustible a partir de las 40 000 ppm. Esto significa que el gas es tóxico mucho antes de que exista peligro de explosión. A menudo acoplado en un dispositivo con un sensor de gas combustible, un sensor de gas H2S específico proporciona una alerta avanzada a los usuarios cuando los niveles de toxicidad son de baja concentración y amenazan el bienestar del usuario. El umbral de alerta bajo se suele fijar en 10 ppm, mientras que la alerta de gas alto se produce a 20 ppm. 

Otros ejemplos incluyen:

• El amoníaco (NH3) puede ser peligroso de forma inmediata a 300 ppm, con un LEL de 150 000 ppm. Los sensores específicos para NH3 suelen estar configurados con un límite mínimo de 25 ppm y un límite máximo de 50 ppm.
• El monóxido de carbono es una amenaza de toxicidad inmediata a 1200 ppm, con un LEL de 109 000 ppm. Los sensores de CO específicos suelen estar configurados con un límite inferior de 50 ppm y un límite superior de 100 ppm.
• El cianuro de hidrógeno (HCN) es peligroso de forma inmediata a partir de tan solo 50 ppm, con un LEL de 40 000 ppm. Los sensores específicos para HCN suelen estar configurados con un límite inferior de 5 ppm y un límite superior de 10 ppm.

Propiedades de los gases combustibles

Un gas combustible no reacciona necesariamente igual que otro. A continuación se indican cuatro factores que influyen en sus reacciones. 

Rango de inflamabilidad

Todos los gases combustibles tienen un rango de inflamabilidad. Además del límite inferior de explosividad, también existe un límite superior de explosividad (UEL). Si la concentración de gas supera el UEL, ya no puede quemarse porque no hay suficiente oxígeno. El rango de inflamabilidad de un gas es el porcentaje de concentración desde el LEL hasta el UEL. 

Como porcentaje del volumen en el aire, el hidrógeno tiene un límite inferior de explosividad (LEL) del 4 % y un límite superior de explosividad (UEL) del 75 %. El metano tiene una banda de inflamabilidad mucho más estrecha, con un LEL del 5 % y un UEL del 17 %, mientras que el propano es inflamable desde un LEL del 2,1 % hasta un UEL del 9,5 %, y el hexano tiene un LEL del 1,2 % y un UEL del 7,4 %.

Punto de inflamación

El punto de inflamación de una sustancia líquida es la temperatura más baja a la que se produce suficiente vapor en el aire como para que pueda inflamarse si se expone a una llama o fuente de ignición. Sin embargo, las sustancias que permanecen en forma gaseosa a temperaturas ambientales normales no tienen punto de inflamación. El pentano tiene un punto de inflamación de -49 ºC, por lo que será un gas a temperatura ambiente y presión atmosférica.

Temperatura de ignición

La temperatura de ignición es la temperatura más baja a la que un líquido se vaporiza y se inflama, sin necesidad de una fuente de ignición. Esta puede ser muy diferente del punto de inflamación de una sustancia. Por ejemplo, teniendo en cuenta que el punto de inflamación del pentano es de -49 ºC, muy por debajo de la temperatura ambiente, su temperatura de ignición es de 260 ºC. 

Densidad relativa del vapor

Esta métrica compara la densidad de un gas con la densidad del aire circundante. Si la densidad relativa del vapor es inferior a 1,0, tenderá a ascender; si es superior a 1,0, tenderá a descender. Entre los gases que tienden a ascender se incluyen:

• Hidrógeno: 0,07
• Metano 0,55
• Acetileno: 0,90

Entre los que tienden a caer se incluyen:

• Etano: 1,04
• Propano: 1,56
• Butano: 2,05
• Pentano: 2,48
• Hexano: 2,97

Saber cómo responde un gas debido a su densidad relativa de vapor puede ayudar a determinar dónde colocar los sistemas de monitorización de gases. Los que tienen una métrica superior a 1,0 pueden asentarse más fácilmente en espacios confinados, lo que puede aumentar la probabilidad de que se produzcan concentraciones de gas más elevadas (y las combustiones resultantes). 

Cómo monitorizar gases combustibles

Los sistemas detectores de gases combustibles desempeñan un papel crucial en la protección de los trabajadores, ya que alertan de la presencia de gases combustibles en la zona. Los sistemas deben:

• Avisar a los trabajadores con antelación. 
• Activar los protocolos de seguridad para evacuarlos a lugares seguros.
• Proporcione las ubicaciones de las exposiciones al gas para ayudar a dirigir los esfuerzos de mitigación de fugas de gas.

Los tres tipos principales de detectores de gas son:

• Monitores de detección fijos
• Monitores de área
• Monitores de gas personales

Un programa completo incluirá una combinación de tipos para crear un sistema fiable y completo.

Monitores fijos de detección de gas

Este sistema suele ser la primera línea de defensa de una empresa. Los monitores fijos de detección de gas se colocan en áreas donde se sabe que existen riesgos relacionados con el gas. Estos sistemas funcionan de forma continua, en comunicación con otros sistemas de la instalación. Los objetivos son proporcionar una alerta temprana sobre una posible fuga de gas, activar el apagado de los equipos pertinentes e iniciar la evacuación segura de los trabajadores. Los detectores fijos de gas se instalan en puntos concretos de una instalación, por lo que no proporcionan una supervisión universal de las condiciones en todas partes.Hay algunos lugares de trabajo que utilizan monitores de área «temporales» como soluciones más permanentes debido a sus capacidades multigás y otras opciones que aportan una mayor flexibilidad. 

Monitores de gas de área

En ocasiones, los sistemas fijos de detección de gases no resultan prácticos, como en el caso de los parques de tanques, o deben desactivarse para realizar tareas de mantenimiento. En esos casos, se pueden instalar monitores de área de forma semifija para proporcionar una alerta temprana de cualquier incidente relacionado con gases. Los monitores de área también se pueden utilizar en situaciones temporales o cuando se considera necesario un nivel adicional de monitorización, como en espacios confinados, a lo largo de vallas y perímetros, obras de construcción, emplazamientos remotos y otros. También se pueden utilizar en situaciones de emergencia, como durante un incendio o una respuesta a materiales peligrosos, para indicar y monitorizar zonas seguras y rastrear los movimientos de las columnas de gas.

A la hora de elegir sistemas de monitorización de áreas, se recomienda comprobar el grado de conectividad, la durabilidad, la facilidad de implementación y la duración prevista de la batería.

Detectores de gas personales

Los detectores de gas inalámbricos y portátiles son la línea de defensa más importante para las personas. Los dispositivos personales controlan el aire al que están expuestos directamente y deben llevarse cerca de la zona de respiración del usuario. Las empresas establecen límites predefinidos para cada tipo de gas que supone un riesgo, con límites de sensores de gas combustible comúnmente establecidos en el 10 % y el 20 % del LEL para alarmas de gas bajo y alto, muy por debajo del peligro de explosión de la concentración del 100 % del LEL. Si se alcanza un nivel de alarma de gas bajo o alto, el dispositivo avisará al trabajador en tiempo real para que pueda evacuar la zona de forma segura y los equipos puedan revisar la situación.

Fallo del sensor: ¿seguro o inseguro?

Si un sensor falla, dependiendo del tipo de tecnología, lo hará de dos maneras: fallo a seguro o fallo a inseguro. La diferencia es crucial. En el primer caso, el sensor avisa a los usuarios de que ya no funciona correctamente. En el segundo, el sensor no avisa al usuario y leerá un 0 % de LEL, lo que le dará una falsa confianza de que todo está bien y de que sigue estando protegido. 

Este es el objetivo de las pruebas de funcionamiento diarias: garantizar que los sensores que registran cero en circunstancias normales funcionen correctamente cuando se exponen a una concentración conocida de gas. Afortunadamente, la nueva tecnología del espectrómetro de propiedades moleculares (MPS) que presentamos a continuación está disponible para los sensores de gases combustibles, lo que aumenta la confianza tras una prueba de funcionamiento de que un trabajador puede monitorizar de forma segura los gases inflamables. Los detectores de gas con función de seguridad ante fallos proporcionan el máximo nivel de protección y la mejor garantía de que el trabajador volverá a casa sano y salvo después de su turno.

Cumplimiento

A menudo, las empresas deben demostrar que los empleados utilizan los dispositivos con regularidad y que los detectores de gas se han sometido a pruebas de funcionamiento y calibración según intervalos predeterminados, de conformidad con las directrices reglamentarias, como las impuestas por la OSHA y el NIOSH. 

• Prueba de funcionamiento: muchos sensores de gas proporcionan una lectura cero en un entorno limpio, por lo que es importante comprobar que el sensor funciona correctamente. La prueba de funcionamiento consiste en aplicar una pequeña cantidad de gas al sensor de gas para validar el correcto funcionamiento del dispositivo. Este paso también confirma que todas las luces de advertencia, alarmas acústicas y vibraciones del monitor de gas funcionan según lo esperado.  
• La calibración de los sensores de gas requiere aplicar una concentración conocida de gas a los sensores específicos de un detector de gas durante un tiempo determinado para confirmar que el sensor proporciona lecturas precisas. El proceso de calibración también puede corregir la «deriva» del sensor y ajustar los niveles de medición del sensor de gas para garantizar que el dispositivo proporciona lecturas precisas. Las calibraciones tardan un poco más que las pruebas de funcionamiento y no es necesario realizarlas con tanta frecuencia.

Tipos de sensores de gas combustible LEL

Hoy en día se utilizan tres tipos de sensores que supervisan y miden el límite inferior de explosividad (LIE) de los gases combustibles:

• Sensores catalíticos de perlas (pellistor)
• Sensores infrarrojos no dispersivos (NDIR)
• Sensor espectrómetro de propiedades moleculares (MPS)

Sensores catalíticos de perlas (pellistor)

El medidor de combustión catalítica se inventó en la década de 1920. Los sensores pelistores utilizan la combustión controlada para detectar y medir una variedad de gases inflamables. Los sensores contienen dos bobinas de platino, cada una incrustada en perlas cerámicas separadas. La primera perla está recubierta con un catalizador para promover la oxidación cuando se expone a gases inflamables, de modo que se enciende antes de lo normal. La segunda perla está tratada para impedir la oxidación catalítica y actúa como referencia. La primera perla permite la combustión de una cantidad muy pequeña de gas inflamable, lo que genera calor y cambia la resistencia de la bobina de platino. El cambio de resistencia es proporcional a la cantidad de gas inflamable presente en un entorno y se traduce en una lectura de LEL% en la pantalla del detector. 

Sin embargo, los sensores Pellistor tienen algunas desventajas. Debido a la necesidad de calentar constantemente las perlas, consumen mucha energía y se agotan mucho más rápido que las alternativas. También son muy susceptibles al envenenamiento, ya que la exposición a los vapores de los limpiadores y lubricantes industriales comunes (por ejemplo, WD-40) puede dañar permanentemente el sensor. Y dado que están calibrados para un gas objetivo, normalmente metano, les cuesta medir con precisión la exposición a otros hidrocarburos con los que pueden entrar en contacto.

Sensores infrarrojos no dispersivos (NDIR)

Inventada en la década de 1970, esta tecnología utiliza luz infrarroja, que se proyecta a través de un gas hidrocarburo a una longitud de onda determinada. Los sensores infrarrojos (IR) (a veces denominados sensores ópticos o infrarrojos no dispersivos/NDIR) detectan la presencia de gases inflamables midiendo con precisión la absorción de luz infrarroja a frecuencias específicas por parte de diversas moléculas de hidrocarburos. Dentro del sensor, un emisor de infrarrojos pasa la luz a través de dos trayectorias. Una vía se utiliza para medir la absorción de luz por los gases, mientras que la otra se utiliza como referencia. Los detectores de luz de ambas vías permiten al sensor LEL medir la cantidad de gases inflamables o combustibles presentes comparando la cantidad de luz absorbida en cada vía. Los sensores NDIR comparten el mismo problema que los sensores de perlas catalíticas, ya que solo leen con precisión el gas para el que han sido calibrados, en lugar del rango potencial de explosivos con los que el usuario puede entrar en contacto.  

Sensores del espectrómetro de propiedades moleculares (MPS)

Lanzada en 2020, esta nueva tecnología utiliza un sensor avanzado para analizar un gas, utilizando propiedades específicas del gas para clasificar adecuadamente el gas o la mezcla de gases en una de seis categorías: hidrógeno, mezclas que contienen hidrógeno o gas natural, y gases/mezclas ligeros, medios o pesados. Esta tecnología de sensores proporciona lecturas precisas de gases combustibles durante su vida útil prevista de más de cinco años con una calibración de fábrica.

Sensor MPS: el primer detector de gases inflamables en el que realmente puede confiar

Blackline Safety y NevadaNano han colaborado para ofrecer a su empresa la próxima generación de detectores de gases combustibles. Combinando el detector de gas G7 y el MPS ^TM sensor de gases inflamables ofrece una fiabilidad sin precedentes y una precisión incuestionable, para que los equipos puedan trabajar con confianza sabiendo que sus entornos son realmente seguros.

Se trata de la primera gran innovación en detectores de gases combustibles en cuatro décadas, y sus características y ventajas transformadoras cambiarán de forma revolucionaria la forma en que las empresas supervisan los entornos de riesgo. 

Este detector multigás G7 proporciona una monitorización simultánea y altamente precisa de una docena de los gases inflamables más comunes, sin necesidad de calibrarlo para un gas específico ni de utilizar factores de corrección. Entre ellos se incluyen:

Esta tecnología de vanguardia se integrará perfectamente en su actual programa de seguridad para la detección de gases, proporcionando de forma rápida y sencilla una supervisión de la seguridad sin precedentes para sus equipos y una eficiencia revolucionaria para su empresa.

Sistema exclusivo de clasificación de gases

Los datos del sensor MPS se transmiten a Blackline Safety Cloud para la generación automática de informes y su visualización. Esta información permite a las empresas, por ejemplo, detectar la presencia de hidrógeno en una zona de su proceso en la que no estaba presente en mediciones anteriores.

Las clasificaciones de gases y mezclas de gases incluyen:

• Clase 1 — Hidrógeno
• Clase 2 — Mezcla de hidrógeno e hidrocarburos
• Clase 3: Metano o gas natural
• Clase 4 — Gas ligero o mezcla de gases ligeros (etano, propano, butano, isopropanol)
• Clase 5 — Gas medio o mezcla de gases medios (pentano o hexano)
• Clase 6 — Gas pesado o mezcla de gases pesados (tolueno o xileno)

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Nos especializamos en ayudar a las empresas a responder a emergencias relacionadas con gases tóxicos y combustibles en tiempo real, priorizando la seguridad de los trabajadores. Nuestra visión es transformar el lugar de trabajo industrial mediante tecnología de seguridad conectada para garantizar que todos los trabajadores tengan la confianza necesaria para realizar su trabajo y regresar a casa sanos y salvos.