Detector de monóxido de carbono

Antecedentes

Un detector de monóxido de carbono es un dispositivo electrónico que detecta la presencia de monóxido de carbono (CO) en un edificio y hace sonar una alarma para advertir a los ocupantes que escapen. El monóxido de carbono es un gas venenoso e inodoro que puede ser generado por hornos de gas y calentadores de agua, estufas, calentadores portátiles o estufas de leña si no funcionan correctamente o no tienen ventilación adecuada. Los automóviles, los generadores portátiles y los equipos de jardinería que funcionan con gas también generan monóxido de carbono y pueden causar problemas si se operan en áreas cerradas o garajes adjuntos. Una vez inhalado, el monóxido de carbono inhibe la capacidad de la sangre para transportar oxígeno reemplazando el oxígeno en los glóbulos rojos, evitando que el suministro de oxígeno llegue a los órganos del cuerpo. Esta privación de oxígeno puede causar diferentes daños según el nivel de exposición. La exposición a niveles bajos puede causar síntomas similares a los de la gripe, que incluyen dificultad para respirar, dolores de cabeza leves, fatiga y náuseas. La exposición a niveles más altos puede causar mareos, confusión mental, fuertes dolores de cabeza, náuseas y desmayos. La exposición prolongada a niveles altos puede causar la muerte. Según la Comisión de Seguridad de Productos para el Consumidor de EE. UU., Más de 2500 personas morirán y 100.000 resultarán gravemente heridas por el monóxido de carbono durante los próximos 10 años.

La tecnología utilizada para detectar el monóxido de carbono se desarrolló originalmente para aplicaciones industriales. Por ejemplo, la industria química utiliza varios sensores de gas electrónicos para aplicaciones analíticas. Los primeros sensores industriales involucraban un sensor de doble cámara, que oxidaba el monóxido de carbono y comparaba el calor de oxidación de la cámara de prueba con una cámara de referencia. Este tipo de oxidación requiere un catalizador especial de óxido de platino y una fuente de calor para quemar el monóxido de carbono. Estos sistemas eran inaceptables para uso doméstico debido a su complejidad de operación, costo y falta de sensibilidad. Sin embargo, en la última década, los detectores domésticos de monóxido de carbono se han hecho posibles gracias a las mejoras en la tecnología avanzada de detección de gases. Otros factores clave también han contribuido al aumento de la popularidad de los detectores de CO. Uno es el aumento del uso de otros aparatos de seguridad para el hogar, como las alarmas de humo. Otro es la mayor conciencia de los peligros del monóxido de carbono. Hoy en día, se pueden comprar detectores de CO relativamente económicos por tan solo $ 30- $ 80. De hecho, muchas ciudades ahora exigen que se instale al menos un detector de humo en cada hogar, apartamento y hotel.

Diseño

El factor de diseño más importante para un detector de CO es el tipo de sensor que emplea. Los detectores domésticos pueden diseñarse con varios tipos diferentes de sensores. El tipo más simple se conoce como tarjeta de detección. Estas son tarjetas de tablero de fibra impresas con un punto que cambia de color químicamente cuando se expone al monóxido de carbono. Este tipo de detector no hace sonar una alarma y requiere controles regulares para determinar si ha estado expuesto al monóxido de carbono. Si bien son económicos ($ 4 a $ 18), no ofrecen la protección suficiente para usarse como detector primario. El sensor de gel biomimético es una tecnología más sofisticada, que está diseñada para imitar la respuesta del cuerpo al monóxido de carbono mediante la absorción continua de gas. Sin embargo, debido a que este tipo de sensor absorbe constantemente monóxido de carbono, no puede restablecerse a cero correctamente y, por lo tanto, es más propenso a las falsas alarmas. Además, el sensor de gel biomimético puede tardar hasta 48 horas en reiniciarse después de la exposición, tiempo durante el cual los ocupantes de la casa están desprotegidos. Los sensores de óxido metálico son más precisos y son el tipo común de sensor empleado en los modelos domésticos. Este tipo de sensor utiliza circuitos de dióxido de estaño en estado sólido, que se limpian rápidamente y monitorean continuamente el aire para detectar la presencia de monóxido de carbono. Los detectores construidos con esta tecnología pueden mostrar la concentración de CO como una lectura digital. Cuando se alcanza un nivel de CO específico, el detector hace sonar una alarma. Sin embargo, estos detectores tienen una capacidad de autodiagnóstico limitada para determinar la eficiencia o las condiciones de funcionamiento del sensor. Además, pueden ser sensibles a gases distintos al monóxido de carbono que se encuentran en el hogar, como los propulsores de laca para el cabello. Finalmente, la precisión de este tipo de sensor puede variar hasta en un 40% después de seis meses de uso. Otro tipo de sensor empleado por ciertos fabricantes es la tecnología de detección electroquímica de detección y respuesta instantáneas (IDR), que se considera el método de detección más eficaz. La tecnología IDR se utiliza como estándar industrial para equipos de detección profesionales y detectará instantáneamente la presencia de monóxido de carbono. Los detectores construidos con esta tecnología no reaccionarán a otros gases y tienen una precisión de más o menos 3%.

Otro factor de diseño importante es el tipo de fuente de alimentación del detector. Se encuentran disponibles detectores alimentados por batería y por CA. Los detectores que funcionan con baterías son fáciles de instalar, fáciles de mover y continúan funcionando durante cortes de energía cuando los sistemas de calefacción de emergencia pueden estar en uso. Sin embargo, las baterías deben reemplazarse al menos cada dos años. Por otro lado, los detectores enchufables alimentados por CA no requieren reemplazo de batería. Estas unidades alimentadas eléctricamente pueden borrar una lectura falsa en minutos. Los detectores enchufables con respaldo de batería también están disponibles a un costo ligeramente mayor. Además de los modelos de batería y enchufe, hay algunos modelos disponibles que se pueden cablear en su lugar. Este estilo permite conectar varios detectores juntos para que suenen una alarma cuando cualquiera de los detectores detecte monóxido de carbono.

Componentes

Los detectores de monóxido de carbono se ensamblan a partir de los siguientes componentes:un sensor, que es capaz de medir la concentración del gas y enviar una señal cuando la concentración de monóxido de carbono alcanza niveles predeterminados; un microprocesador, que puede recibir señales eléctricas del sensor y enviar señales a la bocina de alarma y al panel de control; una pantalla visual (generalmente un panel de pantalla de cristal líquido (LCD)), que comunica el nivel de CO y otra información de funcionamiento; un circuito de alarma capaz de generar un sonido lo suficientemente fuerte como para despertar a las personas que duermen en áreas adyacentes al detector; una conexión de alimentación (ya sea un enchufe de CA, conexión de batería o ambas); una placa de circuito, que sirve como base para los componentes electrónicos; y una carcasa de plástico que mantiene todos los componentes juntos.

El
proceso de fabricación

La producción de un detector de monóxido de carbono implica tres pasos principales. El primer paso es la fabricación de los componentes electrónicos individuales y la conexión de estos componentes a la placa de circuito. El segundo es la fabricación de la carcasa de plástico. El tercer paso implica el montaje de todos los componentes, las pruebas para confirmar el rendimiento y el embalaje para el envío.

Construcción de componentes

• 1 La placa de circuito se ensambla a partir de planos esquemáticos chapando (o agregando) cobre sobre la superficie del sustrato en el patrón deseado. Los diversos diodos y componentes del circuito se insertan en los orificios de la placa y se sueldan en su lugar. Los principales componentes del detector, como la cámara del sensor, la bocina de alarma y el panel de visualización LCD, suelen ser fabricados por separado por empresas especializadas en componentes electrónicos. Estos suelen ser adquiridos por el fabricante del detector de humo.

Fabricación de carcasa de plástico

• 2 La carcasa de plástico se fabrica mediante un proceso de moldeo por inyección en el que la resina plástica y otros aditivos se mezclan, funden e inyectan en un molde de dos piezas. La producción de a El detector de monóxido de carbono consta de tres pasos principales. El primer paso es la fabricación de los componentes electrónicos individuales y la conexión de estos componentes a la placa de circuito. El segundo es la fabricación de la carcasa de plástico. El tercer paso implica el montaje de todos los componentes, las pruebas para confirmar el rendimiento y el embalaje para el envío. bajo presión. Una vez que el plástico se ha enfriado, se abre el molde y se expulsa la carcasa de plástico. Las piezas pueden requerir un cepillado manual para suavizar pequeñas imperfecciones o rebabas en el plástico.

Montaje final y embalaje

• 3 La placa de circuito está instalada en la carcasa y se realizan las conexiones adecuadas. Se instala un botón de prueba, se agrega un soporte de montaje y se coloca una cubierta para completar el ensamblaje. Las etiquetas de identificación y advertencia adecuadas se aplican con adhesivo sensible a la presión. Un número representativo de unidades se somete a pruebas de rendimiento antes del envasado. Finalmente, las unidades se empaquetan y envían a los distribuidores.

Control de calidad

La característica clave de control de calidad de la fabricación de detectores de CO es la calibración del sensor. Los detectores de CO de mayor calidad son en realidad monitores de gas, que evalúan continuamente la concentración local de CO en comparación con un estándar interno. Este proceso de calibración permite que los sensores discriminen entre un nivel de fondo normal de CO y una concentración peligrosamente alta. En condiciones normales, un nivel de fondo aceptable puede ser tan alto como 25-35 partes por millón (ppm). Puede resultar una exposición dañina si la concentración alcanza el rango de 75-100 ppm. Los estándares de Underwriter Laboratory para detectores de CO requieren que suenen una alarma dentro de los 90 minutos posteriores a la exposición a 100 ppm de CO; dentro de los 35 minutos cuando se expone a 200 ppm; y dentro de los 15 minutos cuando se expone a 400 ppm. Los primeros detectores de CO debían calibrarse manualmente colocando el instrumento en un entorno de concentración de CO conocida y midiendo los resultados. Sin embargo, este proceso era costoso y requería mucho tiempo y, por lo tanto, solo se usaba para equipos industriales costosos. Con la creciente popularidad de las unidades domésticas, se requirieron métodos de calibración más eficientes. Los detectores modernos de alta calidad están equipados con funciones de calibración interna, que pueden realizar pruebas de diagnóstico de emisiones de gas de bajo nivel de forma regular para confirmar la precisión y el estado de funcionamiento del sensor. Si el detector descubre algún problema con el sensor, emite un patrón de sonido especial para alertar a los ocupantes de que el sensor está defectuoso. Además, cada detector está equipado con un botón de prueba para permitir la evaluación manual del circuito de alarma.

Underwriters Laboratory (UL) ha emitido estándares de calidad que han sido adoptados por la industria de detectores de CO. A partir del 1 de octubre de 1995, un detector debe llevar el número "UL 2034" si cumple con las normas de seguridad y calidad vigentes.

El futuro

El futuro de los detectores de monóxido de carbono evoluciona constantemente a medida que se realizan mejoras en la electrónica de detección de gases. La tecnología IDR descrita anteriormente es un ejemplo de esta tecnología de vanguardia. Los detectores futuros también incorporarán características avanzadas similares. La mayor capacidad de control que ofrecen las interfaces controladas por computadora hará que los dispositivos futuros sean más fáciles de usar. Estos ofrecen beneficios al consumidor en los dispositivos de seguridad combinados. Por ejemplo, las generaciones futuras de detectores controlados por computadora pueden estar vinculadas con los electrodomésticos, que tienen más probabilidades de generar monóxido de carbono, como hornos de gas o calentadores de agua. Cuando la unidad detecta niveles de CO inaceptablemente altos, enviará una señal al aparato para terminar el proceso de combustión y cerrar el flujo de gas para que no se libere más monóxido de carbono. A medida que estén disponibles nuevos modelos con sensibilidad mejorada y otras características de valor agregado, los detectores de CO se harán aún más fáciles de usar y serán aún más útiles como dispositivos para salvar vidas.