Mantener la seguridad de los trabajadores con la 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 uno 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 las industrias que necesitan un gas determinado para realizar su trabajo o que está presente como producto o subproducto de la producción. En estos entornos, el riesgo de combustión puede mitigarse gestionando su liberación incontrolada o accidental, las concentraciones de oxígeno y eliminando las posibles fuentes de ignición.

Normalmente, para la protección de los trabajadores y de las instalaciones, la atención debe centrarse en la supervisión de la concentración de gas y la proximidad al límite inferior de explosividad (%LEL) de un gas en el lugar de trabajo. Si el porcentaje está en el 100% del LEL, hay suficiente elemento combustible disponible para que se produzca la ignición. Es crucial que se notifique a los trabajadores mucho antes de que la concentración del gas ambiental alcance el 100% de LEL. Dependiendo de la región, la jurisdicción legislativa y el protocolo de la empresa, esto podría significar la configuración de detectores de gas personales para alertar al usuario cuando la presencia de gas alcance un límite de LEL bajo del 10%, y luego avisarles de que deben evacuar si la concentración alcanza un límite de LEL alto del 20%. 

Tipos de gases combustibles

En general, los gases combustibles que se utilizan en los lugares de trabajo pertenecen a una de estas tres categorías:

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

La ciencia detrás de los gases de hidrocarburos

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

El riesgo del gas hidrógeno

Un proceso similar ocurre cuando se aplican altas temperaturas al gas hidrógeno pero, al no haber átomos de carbono disponibles, la reacción sólo 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 que se encuentran en los lugares de trabajo industriales pueden ser bastante tóxicos, además de ser combustibles en determinadas concentraciones. El sulfuro de hidrógeno (H2S), por ejemplo, se considera una amenaza inmediata para la vida en cuanto alcanza 100 partes por millón (ppm), pero se convierte en combustible a partir de 40.000 ppm. Esto significa que el gas es tóxico mucho antes de que exista el peligro de explosión. A menudo acoplado en un dispositivo con un sensor de gas combustible, un sensor de gas H2S dedicado 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 baja suele fijarse en 10 ppm, mientras que la alerta de gas alto se produce a partir de 20 ppm. 

Otros ejemplos son:

• El amoníaco (NH3) puede ser inmediatamente peligroso a 300 ppm, con un LEL de 150.000 ppm. Los sensores de NH3 dedicados suelen ajustarse a un límite bajo de 25 ppm y a un límite alto de 50 ppm.
• El monóxido de carbono es una amenaza de toxicidad inmediata a 1.200 ppm, con un LEL de 109.000 ppm. Los sensores de CO dedicados suelen ajustarse a un límite bajo de 50 ppm y a un límite alto de 100 ppm.
• El cianuro de hidrógeno (HCN) es inmediatamente peligroso a sólo 50 ppm, con un LEL de 40.000 ppm. Los sensores específicos de HCN suelen ajustarse a un límite bajo de 5 ppm y a un límite alto de 10 ppm.

Propiedades de los gases combustibles

Un gas combustible no reacciona necesariamente igual que otro. He aquí cuatro factores que influyen en sus reacciones. 

Rango de inflamabilidad

Todo gas combustible tiene un rango de inflamabilidad. Además de un límite inferior de explosividad, también existe un límite superior de explosividad (UEL). Si la concentración de un gas supera el UEL, ya no puede combustionar 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 de LEL del 4% y un límite superior de explosividad (UEL) del 75%. El metano tiene una banda de inflamabilidad mucho más estrecha del 5% de LEL y del 17% de UEL, mientras que el propano es inflamable desde un 2,1% de LEL hasta un 9,5% de UEL, y el hexano tiene un 1,2% de LEL y un 7,4% de UEL.

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 tener el potencial de combustión si se expone a una llama o fuente de ignición. Sin embargo, las sustancias que permanecen en forma de gas a las temperaturas ambientales habituales no tienen punto de inflamación. El pentano tiene un punto de inflamación de -49ºC, por lo que será un gas a temperatura ambiente y presión atmosférica.

Temperatura de encendido

La temperatura de ignición es la temperatura más baja a la que un líquido se vaporiza y se enciende, sin una fuente de ignición. Puede ser muy diferente del punto de inflamación de una sustancia. Por ejemplo, si consideramos que el punto de inflamación del pentano es de -49ºC, muy por debajo de la temperatura ambiente, su temperatura de ignición es de 260ºC. 

Densidad de vapor relativa

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 subir; si es superior a 1,0, tenderá a bajar. Los gases que tienden a subir son:

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

Los que tienden a caer incluyen:

• Etano: 1,04
• Propano: 1.56
• Butano: 2,05
• Pentano: 2,48
• Hexano: 2,97

Saber cómo responde un gas por su densidad de vapor relativa puede ayudar a determinar dónde colocar los sistemas de control de gases. Los que tienen una métrica superior a 1,0 pueden asentarse dentro de espacios confinados con mayor facilidad, lo que puede hacer más probables las concentraciones de gas (y las combustiones resultantes). 

Cómo controlar los gases combustibles

Los sistemas de detección 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
• Proporcionar las ubicaciones de las exposiciones al gas para ayudar a dirigir los esfuerzos de mitigación de las fugas de gas

Hay tres tipos principales de detectores de gas:

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

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

Monitores fijos de detección de gases

Este sistema suele ser la primera línea de defensa de una empresa. Los monitores fijos de detección de gases se colocan en las zonas en las que se sabe que existen riesgos de gas. Estos sistemas funcionan de forma continua, en comunicación con otros sistemas de las instalaciones. Los objetivos son avisar con antelación de una posible fuga de gas, desencadenar el apagado de los equipos pertinentes e iniciar la evacuación segura de los trabajadores. La detección fija de gases se instala en puntos individuales 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 a otras opciones que dan una mayor flexibilidad. 

Monitores de gas de área

A veces, los sistemas fijos de detección de gas no son prácticos, como en los alrededores de los parques de tanques, o deben ser desactivados para proyectos de mantenimiento. En esos casos, los monitores de área pueden desplegarse de forma semifija para proporcionar una alerta temprana de un evento relacionado con el gas. Los monitores de área también pueden utilizarse en situaciones temporales o cuando se considere necesaria una capa adicional de vigilancia, como en espacios confinados, a lo largo de líneas de vallas y perímetros, en obras de construcción, en lugares remotos, etc. También pueden utilizarse en situaciones de emergencia, como durante un incendio o una respuesta a materiales peligrosos, para indicar y supervisar las zonas seguras y seguir los movimientos de la pluma de gas.

A la hora de elegir sistemas de vigilancia de área, se recomienda comprobar el grado de conectividad, la durabilidad, la facilidad de despliegue y la duración prevista de la batería.

Detectores de gas personales

Los detectores de gas inalámbricos que se pueden llevar puestos son la línea de defensa más importante para las personas. Los dispositivos personales controlan el aire al que se exponen directamente y deben llevarse cerca de la zona de respiración del usuario. Las empresas establecen límites predefinidos para cada tipo de gas que suponga un riesgo, con límites de sensores de gases combustibles fijados habitualmente en el 10% y el 20% de LEL para las alarmas de gas bajo y alto, muy por debajo del peligro explosivo de la concentración del 100% de 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 con seguridad 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: a prueba de fallos o a prueba de fallos. La diferencia es crucial. En el primer caso, el sensor avisa al usuario de que ha dejado de funcionar correctamente. Con el segundo, el sensor no alerta al usuario y leerá un 0% de LEL, proporcionando una falsa confianza a su usuario de que todo está bien y de que sigue estando protegido. 

Este es el propósito de las pruebas funcionales diarias: garantizar que los sensores que dan una lectura de cero en circunstancias normales demuestren que funcionan 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 que aumenta la confianza después de una prueba funcional de que un trabajador puede controlar con seguridad los gases inflamables. Los detectores de gas a prueba de fallos proporcionan el mayor nivel de protección y la mejor oportunidad de que ese trabajador llegue 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 monitores de gas se han sometido a pruebas de choque y se han calibrado de acuerdo con intervalos predeterminados según las directrices normativas, como las impuestas por OSHA y NIOSH. 

• Bump testing: muchos sensores de gas proporcionan una lectura cero en un entorno limpio, por lo que es importante probar que el sensor funciona correctamente. La prueba funcional es el proceso de aplicar una pequeña cantidad de gas al sensor de gas para validar el funcionamiento correcto del dispositivo. Este paso también confirma que todas las luces de advertencia del monitor de gas, las alarmas sonoras y las vibraciones funcionan como se espera.  
• La calibración de los sensores de gas requiere la aplicación de 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 funcionales y no es necesario realizarlas con tanta frecuencia.

Tipos de sensores de gases combustibles LEL

En la actualidad se utilizan tres tipos de sensores que controlan y miden el límite inferior de explosividad (LEL) de los gases combustibles:

• Sensores de perlas catalíticas (pellistores)
• Sensores infrarrojos no dispersivos (NDIR)
• Sensor del Espectrómetro de Propiedades Moleculares (MPS)

Sensores de perlas catalíticas (pelistores)

El medidor de combustión catalítica se inventó en la década de 1920. Los sensores de pelistor utilizan la combustión controlada para detectar y medir una variedad de gases inflamables. Los sensores contienen dos bobinas de platino, cada una de ellas incrustada en perlas de cerámica separadas. La primera cuenta 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 desalentar la oxidación catalítica y actúa como referencia. La primera cuenta permite la combustión de una cantidad muy pequeña de gas inflamable, generando calor y cambiando 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 de 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 a la intoxicación, ya que la exposición a los vapores de limpiadores y lubricantes industriales comunes (por ejemplo, WD-40) puede dañar el sensor de forma permanente. Y como están calibrados para un gas objetivo, normalmente el metano, tienen dificultades para medir con precisión la exposición a otros hidrocarburos con los que pueden entrar en contacto.

Sensores de infrarrojos no dispersivos (NDIR)

Inventada en la década de 1970, esta tecnología utiliza la luz infrarroja, proyectada a través de un gas hidrocarburo a una determinada longitud de onda. 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. En el interior del sensor, un emisor de infrarrojos hace pasar la luz por dos vías. Uno de ellos se utiliza para medir la absorción de luz por parte de los gases y el otro se utiliza como referencia. Los detectores de luz en ambas trayectorias permiten al sensor LEL medir la cantidad de gases inflamables o combustibles presentes comparando la cantidad de luz absorbida en cada trayectoria. Los sensores NDIR comparten el mismo problema visto en los sensores de perlas catalíticas en el sentido de que sólo leen con precisión el gas para el que fueron calibrados en lugar de la gama 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 las 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 puede confiar de verdad

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 MPS ^TM Sensor de gases inflamables proporciona 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 materia de detectores de gases combustibles en cuatro décadas y sus características y ventajas transformadoras cambiarán la forma en que las empresas controlan los entornos de riesgo de forma innovadora. 

Este detector multigás G7 proporciona una monitorización simultánea de alta precisión para una docena de los gases inflamables más comunes, sin necesidad de calibrar para un gas específico o utilizar factores de corrección. Entre ellos se encuentran:

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

Sistema exclusivo de clasificación de gases

Los datos del sensor MPS se comunican a la Blackline Safety Nube para la elaboración de informes y la visualización automatizada. 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 gas medio (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 las emergencias de gases tóxicos y combustibles en tiempo real, con la seguridad de los trabajadores en primer lugar. Nuestra visión es transformar el lugar de trabajo industrial a través de la tecnología de seguridad conectada para garantizar que todos los trabajadores tengan la confianza de realizar el trabajo y volver a casa sanos y salvos.