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Martes, 22 Octubre 2019 09:49

El uso de sensores electroquímicos en analizadores de combustión para mediciones de emisiones en aplicaciones industriales

PRO18 Articulo 8 Foto 0El análisis de la combustión (en referencia a la tecnología de medición para determinar la composición de los gases) es una herramienta imprescindible para una ejecución rentable y segura del proceso en casi todos los sectores industriales

 

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En este sentido, los procesos de combustión ocupan el primer plano, aunque se debe considerar que este término genérico reúne muchos métodos diferentes. En la ilustración se representa la secuencia de un proceso de combustión en secciones, empezando (izquierda) con la entrada de combustible y aire de combustión en una cámara de combustión, pasando por la combustión como tal y los distintos procesos ejecutados hasta llegar a la limpieza de los gases de combustión y, por último, al control de emisiones.

 

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El análisis proporciona información sobre la composición de los gases de combustión y de los gases de escape en todas las etapas de esta cadena de proceso permitiendo un funcionamiento de la instalación rentable, seguro y conforme a las prescripciones legales y, al mismo tiempo, es decisivo para la calidad y la eficiencia de la producción.

Los analizadores se pueden utilizar en múltiples aplicaciones que tengan en común el análisis de gases de combustión en la industria, al contrario que la creencia general que presupone que se limitan al campo específico del control de emisiones. Se puede hacer una distinción, con un cierto solapamiento, entre los siguientes campos de aplicación:

  • Trabajos de ajuste y servicio en los siguientes supuestos: revisiones generales tras el mantenimiento de la instalación, búsqueda de errores en caso de procesos inestables, preparación para mediciones oficiales, tras tareas de mantenimiento y reparaciones.
  • Mediciones del proceso del combustible: medición del aire de combustión, el quemador, y la cámara de combustión para optimizar el proceso, ahorrar combustible, mejorar el grado de rendimiento y prolongar la vida útil de la instalación.
  • Mediciones del proceso para supervisar una atmósfera gaseosa definida en la cámara de combustión, en cámaras de combustión especiales o en hornos durante procesos tales como la incineración, tostado, o tratamiento de superficies, entre otros.
  • Mediciones de proceso y emisiones para supervisar el funcionamiento correcto de los equipos de limpieza de los gases de combustión.
  • Mediciones de emisiones para supervisar el cumplimiento de los valores límite para sustancias contaminantes en los gases de combustión delante de la chimenea o en la chimenea.

 Aprovechamiento del calor de la combustión

En general, las instalaciones de combustión son sistemas que suministran el calor generado a partir de la incineración de combustibles sólidos, líquidos o gaseosos a un uso reservado para un fin especial. Las instalaciones de combustión se utilizan principalmente en aplicaciones domésticas para la generación de calor. Las posibilidades de aplicación en las empresas industriales son muy versátiles.

Comúnmente, las instalaciones de combustión se utilizan en las aplicaciones industriales para:

Con fines de calefacción (centrales térmicas y calefacciones de edificios),

Para generar energía eléctrica

Para generar vapor y agua caliente (aplicación en la industria de procesos)

Para producir ciertos materiales (aplicación en la industria de cemento, vidrio o cerámica)

Para el tratamiento térmico de la superficie de piezas de trabajo metálicas

Para la incineración de residuos y materiales desechados (basura, neumáticos viejos y similares)

 Analizadores de combustión y principios de medición

Los analizadores de combustión se utilizan por varios fabricantes en distintos modelos y tomado como base para diversos principios de medición. El núcleo de cada analizador son los sensores o los sistemas de sensores específicos para la sustancia. Su función se basa en los principios físicos, químicos o eléctricos tales como la absorción, adsorción, transmisión, ionización, la oxidación catalítica o las propiedades paramagnéticas o electroquímicas.

Los sensores reaccionan a un cambio del parámetro de medición “Concentración de gases” con una modificación correspondiente de sus propiedades (p. ej. una absorción elevada de luz o la reducción de la conductividad), permitiendo la generación de una señal de medición.

Con respecto a los modelos de los dispositivos se distingue entre:

  • Analizadores portátiles, ligeros y móviles para mediciones momentáneas en diversos lugares.
  • Analizadores instalados de forma fija en la instalación para mediciones continuas durante meses y años.
  • Analizadores que miden directamente en el flujo del proceso (dispositivos “in situ”) 
  • Analizadores a los que se les introduce una muestra extraída y preparada a partir del flujo del proceso para su medición (dispositivos “extractivos”).

Desarrollos recientes permiten la combinación de analizadores portátiles que también son ideales para las mediciones fijas a largo plazo.

Uso de sensores electroquímicos en los analizadores de combustión

La tecnología de sensores electroquímicos reúne distintas ventajas. Entre ellas se destacan:

> Una construcción pequeña; un diseño del sensor común es cilíndrico con un diámetro de 29 mm y una altura de 25 mm, esto indica una necesidad de volumen de 16,5 cm³

> Un consumo de energía mínimo para una conexión eléctrica necesaria común de 0,3 mW (3 V * 100 µA)

> Señales estables de punto cero comunes entre 1 y 2 ppm

> Una linearidad excelente lo que permite una calibración en un punto y ajustes sencillos

> Una excelente exactitud de medición

Por esta razón, una gran cantidad de fabricantes de instrumentos de medición de gases emplea esta tecnología de sensores en sus analizadores.

 

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Principio de funcionamiento de los sensores de gas electroquímicos

El modo de acción de los sensores de gases electroquímicos se explica basándose en el típico ejemplo de un sensor de tres electrodos para el parámetro de medición monóxido de carbono. 

En la ilustración siguiente se representan los componentes del sensor y los procesos. 

Las moléculas de monóxido de carbono (CO) pasan, a través de la membrana permeable al gas hasta el electrodo de trabajo donde se forman iones H+ como consecuencia de una reacción química. Estos migran en el electrolito acuoso al contraelectrodo, donde se genera un flujo de corriente en el circuito externo mediante otra reacción química desencadenada por el oxígeno (O2) del aire puro, también aportado. El tercer electrodo (electrodo de referencia) sirve para estabilizar la señal del sensor. La duración de este tipo de sensor es de aprox. 2 años.

 

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