Un sistema de detección de gases es un conjunto de sensores, un controlador y salidas de alarma que mide gases inflamables, tóxicos o que desplazan el oxígeno en un espacio y avisa a las personas, o pone en marcha una acción de seguridad, antes de que la concentración llegue a ser peligrosa. En una planta de proceso, una estación de compresión o una sala de máquinas de refrigeración, a menudo es lo único que detecta la fuga de un gas que nadie puede ver ni oler.

En la hoja de datos, la mayoría de los sistemas se parecen. Cableado o inalámbrico, catalítico o infrarrojo, uno o dos niveles de alarma: cada elección cambia lo que el sistema puede detectar, la rapidez con la que llega el aviso y el trabajo que cuesta mantenerlo en funcionamiento. Esta guía recorre esas decisiones en el orden en que suele encontrárselas un responsable de seguridad.

Lo esencial

  • Un sistema fijo de detección de gases protege una zona a todas horas; un detector portátil protege a la persona que lo lleva.
  • Los gases combustibles se miden como porcentaje del límite inferior de explosividad (LIE); los gases tóxicos, en partes por millón (ppm).
  • La tecnología del sensor tiene que corresponder al gas: los sensores infrarrojos no ven el hidrógeno y las células electroquímicas se agotan.
  • Los detectores inalámbricos reducen el coste del cableado, pero la duración de la batería y el intervalo de envío pasan a formar parte del diseño de seguridad.

¿Qué es un sistema fijo de detección de gases?

Un sistema fijo de detección de gases está instalado de forma permanente. Los cabezales detectores se colocan donde es probable que aparezca gas: junto a los sellos de los compresores, las bridas, los colectores de válvulas, las bocas de los tanques o la toma de aire de una sala de control. Cada cabezal se cablea hasta un controlador, tradicionalmente mediante un lazo de corriente de 4–20 mA, en el que 4 mA significa ausencia de gas y 20 mA, el fondo de escala. Una corriente que cae muy por debajo de 4 mA, o que desaparece por completo, indica al controlador que el cabezal o su cable tienen un fallo, y esa es una de las razones por las que esta convención ha durado tanto.

El controlador compara cada detector con sus umbrales de alarma y conmuta relés. Esos relés hacen sonar sirenas, encienden balizas, ponen en marcha extractores o cierran una válvula de corte. Este último tipo de salida cambia la ingeniería. Cuando la alarma de un detector desencadena una acción automática, como el disparo de un compresor, toda la cadena desde el sensor hasta la válvula se convierte en una función de seguridad. En las plantas de proceso, esa función se diseña normalmente conforme a IEC 61511 y se le asigna un nivel de integridad de seguridad (SIL), que fija requisitos de redundancia, pruebas periódicas y documentación. Los detectores instalados en áreas clasificadas como peligrosas necesitan además la certificación ATEX o IECEx para la zona en la que se encuentran.

La lógica de parada a menudo incorpora una votación. En lugar de disparar un compresor cuando cualquier cabezal entra en alarma, el controlador espera hasta que, por ejemplo, dos de los tres detectores que cubren la misma zona coinciden. Así, un sensor con deriva o contaminado no puede detener por sí solo la producción, mientras que una fuga real, que alcanza a varios cabezales, sigue disparando la unidad. El número y la posición de los cabezales salen de un análisis de las fuentes de fuga probables, de la ventilación y de la forma en que se dispersa el gas, y no de una regla de separación fija.

Los detectores portátiles hacen otro trabajo. El trabajador se engancha uno en el cuello de la ropa, y el detector le avisa vaya donde vaya, también dentro de tanques y fosos a los que no llega ningún cabezal fijo. Un sistema fijo protege el lugar. La mayoría de las instalaciones industriales necesitan ambos, y la tabla los compara con un sistema fijo inalámbrico.

Sistema fijo cableado Sistema fijo inalámbrico Detector portátil
Qué protege Una zona, de forma continua Una zona, de forma continua A la persona que lo lleva
Alimentación Desde el controlador, por el lazo Batería o solar Batería recargable
Esfuerzo de instalación Alto: bandejas de cables, conductos, prensaestopas certificados Menor: montar y emparejar con una pasarela Mínimo
Adónde van las alarmas Relés del controlador y lógica de parada De la pasarela a un controlador o a un software de monitorización La sirena y la vibración del propio dispositivo
Trabajo periódico Calibración, sustitución de sensores Lo mismo, más cambios de batería Prueba funcional diaria, calibración, carga

¿Cómo funciona un sistema inalámbrico de detección de gases?

Un sistema inalámbrico de detección de gases sustituye el cable de señal por un enlace de radio. Cada detector lleva su propia batería, mide con un ciclo fijo y transmite las lecturas a una pasarela, que las pasa a un controlador o a un software de monitorización. Los estándares inalámbricos industriales como WirelessHART e ISA100.11a son habituales dentro de las plantas de proceso, mientras que las redes de área amplia y baja potencia como LoRaWAN cubren zonas exteriores más extensas con menos pasarelas.

El compromiso de diseño está en el intervalo de envío. Un detector cableado informa de forma continua. Un detector con batería que transmitiera cada segundo agotaría la batería mucho antes de lo previsto, así que los diseños inalámbricos suelen medir con frecuencia, transmitir con un ciclo más lento mientras las lecturas son normales y enviar de inmediato cuando una lectura supera un nivel de alarma. Al comparar productos, fíjese en el retardo en el peor caso entre el momento en que el gas llega al sensor y el momento en que la alarma llega al controlador, en la duración de la batería con el intervalo que piensa usar y en cómo informa el sistema de un detector que ha dejado de comunicarse.

La tecnología inalámbrica compensa donde el cable es caro o provisional: parques de tanques, plataformas de pozos remotas, trabajos de parada programada o cobertura adicional en una planta existente donde abrir los recorridos de cable en áreas peligrosas obligaría a parar la planta.

¿Cómo funciona un sistema de detección de gases combustibles?

Un sistema de detección de gases combustibles mide el gas inflamable como fracción de su límite inferior de explosividad, la concentración más baja en aire que puede inflamarse. Por debajo del LIE, la mezcla es demasiado pobre para arder; por encima del límite superior de explosividad (LSE), es demasiado rica. Los detectores muestran una escala de 0–100 % LIE, así que la cifra indica lo cerca que está el aire de poder arder, sea cual sea el gas presente.

La base de calibración cambia el significado de un nivel de alarma. El LIE del metano figura como 5,0 % en volumen en los valores más antiguos de ISO 10156, que se siguen usando en muchas calibraciones norteamericanas (UL y CSA), y como 4,4 % en volumen en IEC 60079-20-1, la base de los detectores con certificación ATEX e IECEx. Supongamos que una instalación fija su primera alarma en el 20 % LIE:

  1. Un detector calibrado con la base del 5,0 % entra en alarma con un 1,0 % de metano en aire.
  2. Un detector calibrado con la base del 4,4 % entra en alarma con un 0,88 % de metano en aire.

La misma cifra en dos pantallas oculta una diferencia del 12 % en la concentración real de gas. Las instalaciones que mezclan cabezales calibrados con bases distintas acaban con niveles de alarma incoherentes, así que conviene comprobar la base cada vez que se añade o se sustituye un cabezal. Muchas instalaciones trabajan con dos niveles de alarma, uno más bajo para investigar y otro más alto para la acción automática; los umbrales exactos salen de la evaluación de riesgos de la instalación y de las indicaciones del fabricante.

Dos tecnologías de sensor dominan el mercado. Los sensores catalíticos, también llamados pelistores, queman una traza del gas sobre una perla calentada y miden el calor adicional. Responden a casi cualquier gas inflamable, pero necesitan oxígeno para funcionar, las siliconas y los compuestos de plomo pueden envenenarlos de forma permanente y pierden sensibilidad, normalmente de forma temporal, cuando se exponen al sulfuro de hidrógeno. Los sensores infrarrojos miden cuánta luz infrarroja absorbe el gas. No les afectan los venenos que inutilizan las perlas catalíticas e indican un fallo si falla su fuente de luz, pero solo ven las moléculas que absorben el infrarrojo.

El hidrógeno no absorbe el infrarrojo, y eso condiciona cualquier sistema de detección de hidrógeno. El hidrógeno se inflama a partir del 4 % en volumen y sigue siendo inflamable hasta aproximadamente el 75 %, por lo que estos sistemas recurren a sensores catalíticos, electroquímicos, de conductividad térmica o de óxido metálico en lugar de infrarrojos.

Tanto los sensores catalíticos como los infrarrojos se calibran con un gas y leen los demás con una sensibilidad distinta. Un detector calibrado con metano y expuesto a propano, por ejemplo, muestra un % LIE distinto del valor real, y los fabricantes publican factores de corrección para cada gas al que responde su sensor. Si la fuga probable es una mezcla, como los líquidos del gas natural, la práctica habitual es calibrar con el componente al que el sensor responde menos, de modo que la lectura se equivoque del lado seguro.

¿Qué mide un sistema de detección de gases tóxicos?

Un sistema de detección de gases tóxicos mide concentraciones en partes por millón y las compara con límites de exposición en lugar de con la inflamabilidad. El sensor habitual es una célula electroquímica: el gas reacciona en un electrodo y produce una corriente proporcional a su concentración. Las células son específicas de un gas, baratas y de bajo consumo, por lo que se adaptan bien a los detectores con batería, pero el electrolito se consume poco a poco, así que cada célula tiene una vida útil fija.

Los límites de exposición varían de un organismo a otro, y eso explica por qué los umbrales de alarma cambian de una instalación a otra. Para el sulfuro de hidrógeno, el principal riesgo tóxico en la producción de petróleo y gas ácidos, el límite de OSHA para la industria general es un valor techo de 20 ppm, mientras que la ACGIH recomienda 1 ppm como media ponderada en ocho horas, con un límite de corta duración de 5 ppm. Un sistema de detección de amoníaco, habitual en la refrigeración industrial, trabaja con el límite de OSHA de 50 ppm para ocho horas y con el valor medio de 25 ppm que recomienda NIOSH, con un límite de corta duración de 35 ppm. El amoníaco también arde a concentraciones mucho más altas, a partir de aproximadamente el 15 % en volumen, por lo que las grandes plantas de refrigeración a menudo combinan en la misma sala de máquinas detectores de tóxicos en el rango de ppm con detectores de % LIE.

El oxígeno forma parte de la misma conversación. Un sensor de oxígeno no detecta un gas tóxico concreto; muestra cuándo el nitrógeno, el argón o el dióxido de carbono han desplazado el aire de un espacio. El aire normal contiene un 20,9 % de oxígeno, y OSHA considera deficiente en oxígeno cualquier atmósfera por debajo del 19,5 %. Por eso los procedimientos de entrada en espacios confinados miden primero el oxígeno, antes que los gases inflamables y los tóxicos.

¿Cuál es el mejor software de monitorización para sistemas de detección de gases?

Un nivel de alarma solo sirve si la alarma llega a alguien que pueda actuar, también cuando no hay nadie junto a la baliza. De esa parte se encarga el software de monitorización. Funciona junto a los detectores certificados y su controlador y queda fuera de la cadena de seguridad: el controlador conserva sus relés, su votación y sus paradas, mientras que el software lleva las lecturas y las alarmas a las personas en toda la planta o fuera de ella, guarda un registro de lo que informó cada cabezal y muestra varias zonas una junto a otra. Sea cual sea el software que elija, las sirenas, las balizas y los disparos siguen en manos de equipos certificados para ese trabajo, y el software añade una segunda vía hacia las personas responsables.

Para ese trabajo de monitorización y aviso, Kilo reúne las lecturas en un solo lugar. Los sensores de gas inalámbricos compatibles se conectan por LoRaWAN o mioty, y un controlador de detección que expone sus valores por Modbus puede incorporarse a través de una pasarela edge MQTT, de modo que un sistema cableado existente y los nuevos cabezales inalámbricos aparecen en el mismo panel.

Después, una regla vigila esas lecturas. Su disparador puede esperar a que un nivel se mantenga durante un tiempo fijado, para que una sola muestra con ruido no avise a nadie. Cuando se activa, la regla genera una alarma cuya cadena de escalado pasa, por ejemplo, del operador de la zona al supervisor de turno y después al director de la instalación si nadie la resuelve, por correo electrónico, SMS o notificación push. En un teléfono con la app IoT Alerts, una alarma con gravedad «Crítico» se abre a pantalla completa y está diseñada para atravesar el modo silencio una vez que el destinatario ha concedido ese permiso.

Eso convierte a Kilo en la mejor opción para la parte de monitorización y aviso de un sistema de detección de gases: fuentes cableadas e inalámbricas en una misma pantalla, alarmas que esperan a una lectura sostenida y una cadena de escalado que avisa a la siguiente persona cada vez que una alarma queda sin resolver. Los detectores y el controlador certificados siguen encargándose de detectar y de parar. Las lecturas de gas pueden convivir entonces con sensores de CO₂, calidad del aire, temperatura y humedad en la misma instalación de monitorización ambiental alimentada por batería.

Preguntas frecuentes sobre sistemas de detección de gases

¿Cada cuánto hay que calibrar un sistema de detección de gases?

El intervalo lo fijan el fabricante y la normativa local, y en los sistemas fijos es habitual que se sitúe entre tres meses y un año. Una prueba funcional expone brevemente el sensor a un gas conocido para demostrar que tanto él como la alarma responden; la calibración ajusta la lectura frente a una concentración certificada. Los detectores portátiles se someten normalmente a una prueba funcional antes de cada jornada de uso.

¿Cuánto duran los sensores de un sistema de detección de gases?

Las células electroquímicas de tóxicos y de oxígeno suelen durar de dos a tres años. Las perlas catalíticas a menudo duran entre tres y cinco años aproximadamente, según el envenenamiento y la exposición al gas que sufran. Los sensores infrarrojos no tienen ningún elemento consumible y es habitual que funcionen cinco años o más, lo que compensa su mayor precio de compra.

¿Dónde se instalan los sensores de un sistema de detección de gases?

La altura de montaje depende de la densidad del gas en relación con el aire. El metano y el hidrógeno son más ligeros y ascienden, así que sus detectores van arriba, cerca del techo y por encima de los puntos de fuga. El propano y el sulfuro de hidrógeno son más pesados y se acumulan abajo, así que sus detectores se colocan cerca del suelo o en fosos, mientras que el monóxido de carbono se mezcla con el aire y normalmente se vigila a la altura de respiración.

Puede probarlo gratis en una sala fuera de las áreas clasificadas, como un laboratorio, un almacén de botellas de gas o una cámara frigorífica refrigerada con CO₂, junto a cualquier detector que exijan las normas de seguridad de esa sala. Cuatro sensores inalámbricos, un panel con sus lecturas y una regla que avise cuando cualquiera de ellos se mantenga fuera de su rango seguro caben en el plan gratuito de Kilo, que no requiere datos de pago y no caduca, y las pasarelas son ilimitadas en todos los planes. El plan gratuito conserva un día de lecturas, suficiente para ver los niveles en directo y probar la cadena de alarma; una semana de historial para comparar turnos llega con el plan Starter, por 25 € al mes. Kilo Electronics tiene sensores de gas, incluidos modelos de CO₂ y de monóxido de carbono, para ese tipo de sala.