Ventajas y principios subyacentes de la cámara óptica de imagen de gases

Ventajas y principios subyacentes de la cámara óptica de imagen de gases

Con el continuo desarrollo de la industrialización, los gases inflamables, explosivos y tóxicos se han convertido en omnipresentes en diversos aspectos de nuestras vidas, ya sea como productos, materias primas o subproductos de la producción industrial. Una vez liberados, estos gases no sólo contaminan el medio ambiente, sino que también suponen una importante amenaza para la vida humana y la propiedad, pudiendo causar intoxicaciones, incendios e incluso explosiones.

Para mitigar estos riesgos, es imperativo desarrollar un método de detección rápido, preciso y seguro para determinar a distancia la ubicación y la magnitud de las fugas de gas.

Limitaciones de los métodos tradicionales de detección de gases

Los métodos tradicionales de detección de fugas de gas, como la prueba de burbujas, la prueba de embudo o los detectores de gas, suelen adolecer de las siguientes deficiencias:

La detección intrusiva requiere el cierre de las líneas de producción, lo que provoca tiempos de inactividad y posibles daños en los equipos.

El alcance de detección limitado obliga a acercarse a zonas potencialmente peligrosas, lo que supone riesgos para la seguridad de los operarios.

Debido a la limitada gama de gases que puede detectar cada dispositivo, son necesarios varios detectores para garantizar un espectro de detección más amplio.

Los equipos suelen ser voluminosos e incapaces de proporcionar resultados in situ, lo que dificulta las inspecciones medioambientales y la reparación oportuna de fugas.

Los resultados de las mediciones suelen ser abstractos y con muchos datos, lo que dificulta el análisis.

Las áreas de cobertura pequeñas requieren inspecciones punto por punto o línea por línea, lo que consume mucho tiempo y recursos y aumenta el riesgo de fugas no detectadas en puntos ciegos.

Ventajas de la cámara óptica de formación de imágenes de gas

Las cámaras ópticas de imagen de gas se han convertido en la herramienta preferida para la detección de fugas de gas debido a su seguridad y eficacia. Estos dispositivos pueden detectar rápidamente fugas de gas, localizar la fuente y evaluar la distribución y dispersión del gas, previniendo eficazmente accidentes y salvaguardando vidas y propiedades.

1. Visualización de la distribución del gas

Estas cámaras pueden visualizar gases tóxicos y peligrosos invisibles mediante imágenes ópticas de gas y algoritmos avanzados de mejora de la imagen. Sin necesidad de fuentes de luz auxiliares ni fondos reflectantes, estos dispositivos pueden capturar imágenes directamente, lo que permite localizar rápidamente las fuentes de fugas.

2. Seguridad y eficacia

Las cámaras ópticas de captura de imágenes de gas permiten la detección sin contacto, de largo alcance y a gran escala de zonas objetivo. Las cámaras infrarrojas de imágenes de gas permiten a los inspectores localizar fugas de gas con precisión sin entrar en zonas peligrosas, lo que garantiza una detección de fugas segura y eficaz.

3. Es posible el funcionamiento continuo del equipo

A diferencia de los métodos tradicionales, que requieren inspecciones intrusivas y a menudo provocan tiempos de inactividad de los equipos, las cámaras ópticas de formación de imágenes de gas ofrecen una solución sin contacto que permite realizar inspecciones sin interrumpir las operaciones. Esto permite una supervisión y detección continuas de las fugas de gas, reduciendo las pérdidas de producción.

¿Cómo funciona el procesamiento óptico de imágenes de gas?

Conceptos básicos: Espectroscopia de absorción infrarroja de gas

Antes de profundizar en cómo detectan los gases las cámaras ópticas de formación de imágenes de gases, es esencial entender primero el concepto de "espectroscopia de absorción infrarroja de gases".

Muchos gases pueden absorber energía infrarroja, pero los distintos gases tienen diferentes características de absorción, que se manifiestan principalmente en diferentes longitudes de onda de absorción. Por ejemplo, la mayoría de los hidrocarburos, como el benceno y el butano, absorben radiación en torno a los 3,3 μm, mientras que compuestos como el SF6 absorben radiación en torno a los 10,6 μm.

El principio específico de las características de absorción y el rango de longitudes de onda

Absorción en longitudes de onda específicas: Las diferentes moléculas de gas poseen modos vibracionales y rotacionales únicos, correspondientes a niveles de energía específicos. Cuando la radiación infrarroja interactúa con las moléculas de gas, la absorción sólo se produce cuando la energía de un fotón coincide exactamente con la diferencia de energía entre dos niveles energéticos de la molécula. Por lo tanto, la absorción de la radiación infrarroja por los gases es selectiva y sólo se produce dentro de rangos específicos de longitud de onda.

Niveles de energía cuantizados: Los niveles de energía vibracional de las moléculas están cuantizados, lo que significa que sólo pueden existir en niveles de energía discretos. Una molécula sólo puede absorber un fotón infrarrojo y pasar a un estado vibratorio superior cuando la energía del fotón coincide exactamente con la diferencia de energía entre dos niveles de energía cuantizados.

Condición previa para que un gas absorba radiación infrarroja

Coincidencia energética: Como se indica en el texto, la energía de un fotón infrarrojo debe coincidir exactamente con la diferencia de energía entre dos niveles energéticos de una molécula para que se produzca la absorción. Esto garantiza que la molécula sólo pueda absorber energías específicas, lo que significa que el gas sólo absorberá radiación infrarroja en longitudes de onda específicas.

Cambio del momento dipolar: El proceso de absorción también requiere que la transición vibracional de una molécula vaya acompañada de un cambio en su momento dipolar instantáneo. Este cambio en el momento dipolar da lugar a picos de absorción, lo que constituye una condición necesaria y suficiente para la generación de espectros de absorción infrarroja.

Ejemplos de gases detectables a diferentes longitudes de onda

Longitudes de onda Tipos de gases detectables

7-14μm CH₄, C₃H₈, SO₂, N₂O

8.0-8,6μm Gas refrigerante

10.3-10,8μm SF₆, NH₃, C₂H₄

3.2-3,4μm COV

4.2-4,4μm CO₂

4.5-4,7μm CO

Cómo detectan los gases las cámaras de imagen óptica de gases basadas en la espectroscopia de absorción infrarroja?

La imagen óptica de gases (OGI) emplea cámaras de infrarrojos equipadas con filtros espectrales para visualizar fugas de gas que, de otro modo, serían invisibles. El principio de funcionamiento consiste en medir la radiación infrarroja transmitida a través de un volumen de gas. Mediante el uso de filtros de paso de banda colocados delante del detector, las cámaras OGI limitan la gama de longitudes de onda que pueden atravesar, lo que permite la detección de gases específicos en función de sus espectros de absorción de infrarrojos únicos.

Si hay gas entre la cámara OGI y la zona objetivo, la radiación infrarroja que atraviesa el gas será absorbida en las longitudes de onda correspondientes a la banda de paso del filtro. Utilizando un filtro de banda estrecha centrado en una longitud de onda en la que el gas presenta una fuerte absorción, la cámara puede mejorar la visibilidad del gas. En efecto, el gas "bloquea" más radiación de los objetos situados detrás de él, creando un contraste de intensidad infrarroja entre el gas y el fondo.

La cámara OGI es capaz de detectar esta radiación infrarroja diferencial y convertirla en una imagen térmica visual.

¿Qué gases pueden "ver" las cámaras OGI? ¿Pueden detectar todos los gases?

Las cámaras ópticas de imagen de gases funcionan según el principio de absorción selectiva de la radiación infrarroja por gases específicos. La cámara está equipada con un filtro de paso de banda que sólo permite el paso de una estrecha gama de longitudes de onda infrarrojas. En consecuencia, la cámara sólo puede detectar gases que absorben radiación infrarroja dentro de este rango específico de longitudes de onda.

La capacidad de una cámara OGI para detectar un gas está directamente relacionada con las características de absorción de infrarrojos del gas dentro del rango específico de longitudes de onda del filtro. Los gases que no absorben la radiación infrarroja dentro de este rango, como el helio, el oxígeno y el nitrógeno, no pueden visualizarse. Además, los distintos gases tienen espectros de absorción diferentes, lo que significa que los gases con longitudes de onda más allá del rango de respuesta de la cámara OGI no pueden detectarse

¿Pueden utilizarse las imágenes ópticas de gases para identificar gases?

Aunque la imagen óptica de gases (OGI) es muy adecuada para detectar fugas de gas, no es ideal para la identificación de gases. La identificación de un gas específico requiere el conocimiento del espectro de absorción único del gas y el uso de un filtro espectral correspondiente. Las cámaras OGI pueden detectar la presencia de un gas, pero no pueden diferenciar entre distintos tipos de gases dentro de la misma familia de gases. Por ejemplo, una cámara térmica diseñada para detectar hidrocarburos no puede distinguir entre distintos tipos de hidrocarburos.

Conclusión

Las imágenes ópticas de gases constituyen un método potente y eficaz para la detección de gases. Al utilizar los espectros de absorción de infrarrojos únicos de los distintos gases, las cámaras OGI pueden visualizar fugas de gas que son invisibles a simple vista. Esta tecnología ofrece detección en tiempo real y sin contacto, lo que la convierte en una valiosa herramienta para que diversas industrias detecten fugas de gas y eviten incidentes como emisiones de gases peligrosos, garantizando una producción segura.

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