La medición de gases industriales comienza con una pregunta básica: ¿cómo se puede convertir un gas en una señal de medición fiable?
Un sensor de gas electroquímico mide un gas objetivo compatible mediante una reacción electroquímica que produce una señal eléctrica. Un analizador de gas electroquímico procesa esta señal y la convierte en una concentración de gas calibrada.
En la práctica, el resultado depende de más factores que solo el gas objetivo. La química del sensor, el transporte de gases, las reacciones de los electrodos, la temperatura, la humedad, los gases interferentes y el procesamiento de la señal pueden influir en el rendimiento de la medición.
¿Cómo funciona un analizador electroquímico de gases?
Un sensor de gas electroquímico es un dispositivo que detecta un gas específico mediante una reacción electroquímica. Cuando el gas objetivo llega al elemento sensor, reacciona dentro del sensor y produce una respuesta eléctrica.
La tecnología de analizadores de gases suele emplear sensores electroquímicos para detectar oxígeno y ciertos gases tóxicos o reactivos. Sin embargo, cada sensor está diseñado para una tarea de medición específica. Su compatibilidad con gases, rango de medición, sensibilidad, selectividad y condiciones de funcionamiento dependen de su composición química y construcción.
El analizador de gases procesa esta respuesta y la convierte en una concentración de gas. El sensor genera una respuesta eléctrica, pero esta señal no representa el valor de medición final. El analizador procesa la señal del sensor y aplica la relación de calibración adecuada. El resultado final se puede mostrar en ppm, %Vol u otra unidad de concentración apropiada.
Según la configuración del analizador de gases, los datos de medición pueden transmitirse mediante interfaces analógicas o digitales. Esta distinción es importante para el análisis de gases industriales. El sensor genera la respuesta primaria, y el analizador la transforma en datos de medición útiles.
¿Qué gases puede medir un sensor electroquímico de gases?
Los sensores electroquímicos de gas pueden medir gases específicos cuando su composición química está diseñada para dichos gases. Algunos ejemplos comunes son: O₂, CO, H₂S, SO₂, NO, NO₂ y NH₃, según el diseño del sensor. Sin embargo, el gas objetivo por sí solo no determina el rendimiento de la medición.
Dos sensores diseñados para el mismo gas pueden diferir en rango de medición, sensibilidad, condiciones de funcionamiento, sensibilidad cruzada y características de respuesta. Por ejemplo, la medición de oxígeno en entornos industriales puede requerir una configuración de sensor diferente a la de la medición de gases tóxicos de baja concentración.
Esta es también la razón por la que los fabricantes publican especificaciones específicas para cada gas, en lugar de una especificación de rendimiento universal para todos los sensores electroquímicos.
Al evaluar un gas en particular, la información técnica pertinente debe incluir el rango de medición aprobado, las condiciones de funcionamiento, las características de respuesta y la información sobre posibles interferencias para ese modelo de sensor.
¿Cuáles son los componentes principales de un sensor de gas electroquímico?
Aunque los diseños de los sensores electroquímicos varían, varios componentes suelen trabajar conjuntamente para controlar el transporte de gases, facilitar la reacción electroquímica y transmitir la señal resultante.
| Componente | Función Principal | POR QUÉ ES IMPORTANTE |
|---|---|---|
| Entrada de Gas | Permite que el gas objetivo entre en el sensor. | El gas debe llegar al sistema de detección. |
| Vía de difusión o barrera | Controla el transporte de gas | Los cambios en el transporte de gases pueden afectar la respuesta. |
| Electrodo de trabajo | Apoya la reacción de detección | La reacción del gas objetivo crea la respuesta eléctrica primaria. |
| Electrodo contador | Apoya la reacción electroquímica complementaria | Completa el proceso electroquímico |
| Electrodo de referencia, donde se utilice | Ayuda a controlar o monitorizar el potencial electroquímico. | Permite un funcionamiento estable en los diseños de sensores aplicables. |
| Electrolito | Favorece el movimiento iónico entre electrodos. | Permite la reacción electroquímica |
| Los contactos eléctricos | Transfiera la señal del sensor al analizador de gases. | Conecte el elemento sensor a la electrónica de procesamiento de señales. |
Por consiguiente, los ingenieros siempre deben consultar las condiciones de funcionamiento específicas para el sensor seleccionado, en lugar de aplicar una regla general a todos los sensores electroquímicos. Por lo tanto, deben comprender la tecnología como una familia de diseños de sensores específicos para cada gas, en lugar de como un único método de detección idéntico.
¿Cómo se compara un analizador de gases electroquímico con los sistemas NDIR y TDLAS?
La detección electroquímica, la espectroscopia NDIR y la espectroscopia TDLAS utilizan principios de medición diferentes.
| Criterio de selección | Electroquímico | NDIR | TDLAS |
|---|---|---|---|
| Principio de medición | reacción electroquímica | Absorción de infrarrojos | Absorción láser sintonizable |
| Señal primaria | Respuesta eléctrica de la reacción de detección | Cambio en la absorción infrarroja | Absorción láser en longitudes de onda seleccionadas |
| Capacidad de gas | Depende de la química del sensor. | Adecuado para gases activos en el infrarrojo | Depende de las líneas de absorción molecular accesibles. |
| Selectividad | Depende del diseño del sensor y de las posibles interferencias. | Depende del diseño espectral y de la matriz de gases. | Alto potencial de selectividad espectral para gases seleccionados |
| Capacidad multigas | Depende de la configuración del analizador. | Puede admitir múltiples gases compatibles. | A menudo se diseña en función de gases objetivo seleccionados. |
| Principales factores de influencia | Química del sensor, entorno, gases interferentes | Diseño óptico, composición del gas, contaminación óptica | Trayectoria óptica y condiciones de aplicación |
La comparación no arroja un ganador universal. Cada tecnología responde a un requisito de medición diferente. Por lo tanto, la comparación de tecnologías debe comenzar con el principio de medición: ¿Qué propiedad física o química del gas objetivo medirá el analizador? Esta pregunta establece un camino claro desde el gas objetivo hasta la tecnología apropiada.
¿Cómo diseña ESEGAS los sistemas analizadores de gases industriales que utilizan sensores electroquímicos?
ESEGAS combina la tecnología de analizadores de gases con el gas objetivo y los requisitos de medición. Para la medición de oxígeno, el ESEGAS IR-GAS-600 puede configurarse con detección electroquímica de O₂. Según la información del producto publicada, la configuración electroquímica de O₂ está disponible para un rango de medición de 0 a 25 %, con una resolución de 0.01 % y una precisión declarada de ≤±3 % FS para la configuración indicada. El ingeniero siempre debe confirmar las especificaciones finales para el proyecto en cuestión.
Sin embargo, la detección electroquímica es solo una de las tecnologías de medición disponibles dentro de un requisito más amplio de análisis de gases. Para aplicaciones multicomponente, se han publicado ESEGAS IR-GAS-600 Las configuraciones también incluyen la medición NDIR para gases como CO, CO₂ y CH₄, junto con la medición TCD para H₂.
La ventaja de este enfoque no reside en que cada aplicación requiera múltiples tecnologías, sino en que diferentes principios de detección pueden abordar distintos mecanismos de medición de gases dentro de una configuración específica para cada aplicación.
Por lo tanto, ESEGAS conecta:
Los distintos gases poseen propiedades físicas y químicas diferentes. Algunos sensores electroquímicos pueden medir gases eficazmente mediante reacciones electroquímicas. Otros son más adecuados para la absorción infrarroja, la absorción láser, la conductividad térmica u otros principios de medición.
Conclusión
Un sensor de gas electroquímico mide un gas objetivo compatible mediante un proceso electroquímico que genera una señal eléctrica. El analizador de gases convierte y calibra dicha señal en un valor de concentración. La selección de la tecnología depende de la matriz de gases y las condiciones de funcionamiento, no simplemente del nombre del gas objetivo.
¿Necesita seleccionar un analizador de gases electroquímico o multitecnología para su aplicación? Póngase en contacto con ESEGAS para hablar sobre los gases objetivo, el rango de medición, la matriz de gases, las condiciones de muestreo, los requisitos de calibración y la configuración del sistema.
