La fiabilidad y la exactitud de la tecnología de medición de emisiones Testo ha conseguido una muy buena reputación entre los clientes de todo el mundo. Las aplicaciones más habituales son el ajuste y la supervisión de sistemas de combustión, así como mediciones en plantas de cogeneración, motores industriales o turbinas de gas, en las que, según el combustible y la configuración de la planta, la matriz de gas en estas mediciones es bastante conocida.
Además, los instrumentos de medición de emisiones Testo se utilizan para monitorizar los más diversos procesos en los que la composición del gas puede variar considerablemente. Este libro blanco se ocupa del problema de la posible sensibilidad cruzada de los gases que se producen y de cómo afrontarlo.
El término sensibilidad cruzada hace referencia al hecho de que un sensor reacciona no solo al parámetro que debe medir, sino también a otros parámetros influyentes. Por decirlo de otra manera: un sensor con sensibilidad cruzada no es selectivo al 100%, lo que supone un gran desafío especialmente para los sensores de gas, ya que, de forma ideal, la medición de una concentración de gas específica debería ser posible en una matriz de gas de cualquier complejidad, con cientos de gases y vapores que podrían interferir con la selectividad. Por lo tanto, no sorprende que casi todos los principios de medición utilizados en los sensores de gas muestren una sensibilidad cruzada a otros gases. Por ejemplo, los instrumentos paramagnéticos de medición de oxígeno también reaccionan al dióxido de nitrógeno, y el amoníaco y el dióxido de carbono actúan como parámetros de interferencia en los métodos quimioluminiscentes para la determinación de óxidos de nitrógeno. Los sensores de gas electroquímicos que se utilizan en los instrumentos de medición Testo tampoco están libres de sensibilidades cruzadas.
Fig. 1: Sensores de gas electroquímicos en el analizador de emsiones testo 340
En la figura 2 se puede ver un diagrama del principio de funcionamiento de un sensor electroquímico de gas. El gas a medir, por ejemplo el monóxido de carbono (CO), debe pasar a través de una barrera de difusión (una membrana permeable), y en el caso de algunos tipos de sensores un filtro químico, y luego llega al llamado electrodo de trabajo. Esto “flota” en un electrolito, es decir, en una solución acuosa ácida o alcalina. La molécula de gas desencadena una reacción química en el electrodo de trabajo y se forman iones, por ejemplo protones (H+), que llegan a la contraplaca, donde reaccionan con el oxígeno presente como solución en el electrolito. Al mismo tiempo, se crea una corriente eléctrica que se desvía a un circuito externo y sirve como medida de la concentración de gas presente. El tercer electrodo (electrodo de referencia) se utiliza para estabilizar la señal del sensor.
Para que estas reacciones químicas tengan lugar en los electrodos, estos deben contener un metal noble (por ejemplo, platino) como catalizador. La elección de materiales catalizadores adecuados para electrodos es limitada y los materiales correspondientes demuestran sus efectos catalíticos en diferentes gases. Al mezclar diferentes catalizadores, se puede aumentar la selectividad sobre un gas específico. Sin embargo, es inevitable que los sensores de gas electroquímicos muestren sensibilidades cruzadas. Un electrodo de platino, por ejemplo, posee una alta actividad catalítica y en un sensor de gas para CO lleno con ácido sulfúrico diluido acuoso, también reaccionará ante el NO, NO2, SO2 y H2.
Fig. 2: Sensor electroquímico de CO y otros gases (representación esquemática)
Entonces, ¿cómo se pueden minimizar estas sensibilidades cruzadas no deseadas en los sensores y analizadores de combustión para lograr una visualización fiable y precisa de la concentración de gas incluso en mezclas complejas y desconocidas? Aquí entran en juego varias estrategias.
Una de las más importantes es, como ya hemos destacado, una selección específica de materiales y mezclas de catalizadores para el electrodo y del electrolito adecuado correspondiente. En general, la tecnología de los sensores de gas electroquímicos disponibles comercialmente ha alcanzado un excelente desarrollo. No obstante, en los detalles todavía se puede lograr un mayor progreso. Como ejemplo, en un párrafo más adelante se describe el sensor más novedoso de SO2 insensible al CO.
La selección de un voltaje de polarización adecuado para el electrodo de trabajo también puede conducir a una mejora de la selectividad, método que se utiliza, por ejemplo, en sensores de NO. El electrodo de trabajo utiliza grafito como material catalizador y un voltaje de polarización adicional de 300 mV sobre el electrodo de referencia, que también está integrado en el sensor, en el que también se utiliza ácido sulfúrico acuoso como electrolito. El potencial electroquímico de este sistema le permite detectar el NO, pero no, o como mínimo en una pequeñísima parte, los gases acompañantes NO2 y CO, lo que proporciona a este tipo de sensor un nivel de selectividad comparativamente alto.
Muchos sensores de gas electroquímicos usan filtros químicos contra influencias cruzadas. Para cumplir su función, el material del filtro debe retener los gases que interfieren mientras permite que el gas objetivo penetre libremente.
Esto solo ha sido un pequeño resumen. ¿Desea obtener más información?
Sensor de CO con compensación de H2
Compensación de sensibilidades cruzadas
Peculiaridades de los instrumentos de medición y los sensores de gas Testo
Límitaciones a la compensación de las sensibilidades cruzadas
Éxito en el desarrollo del sensor de SO2
Conclusión