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DESDE EL INTERIOR SENSORES ELECTROQUÍMICOS

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Detectives

Se podría decir que son el alma de los detectores de gas: los sensores electro-químicos que identifican sustancias peligrosas y miden su concentración para luego emitir una alarma que SALVA VIDAS HUMANAS. Se pueden fabricar en tamaños especialmente pequeños, generalmente a mano.

Texto: Nils Schiffhauer Fotos: Patrick Ohligschläger

Parecen confeti en una película en blanco y negro y, sin

embargo, pueden salvar vidas. Con una perforadora especial se

recortan los electrodos para los sensores de gas de una lámina

de plástico tan fina como el papel. La lámina del fluorocarbu-

ro PFTE (politetrafluoretileno) tiene una funcionalidad deter-

minante: su estructura microporosa detiene la humedad pero

deja pasar gases y vapores.

«El electrodo es el componente principal de nuestros senso-

res electroquímicos», dice Axel Silz, responsable en Lübeck de

la producción de varios centenares de miles de sensores, de dife-

rentes formatos y tamaños (para los gases mas diversos). Varias

decenas de empleados se dedican a la fabricación. «Se requie-

re cerca de un año de formación para ser capaz de montar de

memoria todas las 140 variantes», comenta Silz, que original-

mente aprendió el oficio de comerciante y es así un ejemplo de

que la empresa reconoce los talentos de cada uno, los fomenta

y encuentra el puesto idóneo para cada empleado. Esto también

se hace patente en que la fluctuación del personal en este depar-

tamento es casi inexistente. Se requieren muchos años de expe-

riencia para la producción de estos sensores, cuya variante más

pequeña y moderna (modelo XXS) se podría esconder detrás de

una pastilla contra el dolor de cabeza. Consiste de muchos deta-

lles mecánicos y alberga un laboratorio electroquímico resistente

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a las influencias medioambientales. La empresa tiene experien-

cia en la fabricación de sensores de gas electroquímicos desde

los años 1970 y posee diversas patentes en este campo.

Estos husmeadores tan sensibles como fiables se aplican en

la detección de gases, ya sea portátil como estacionaria. Esta

protege a las personas del monóxido de carbono, de óxidos de

nitrógeno y otras sustancias peligrosas, pero también de gases

explosivos. Los sensores electroquímicos se sirven de un pro-

ceso catalítico para aprovechar la capacidad de reacción de estos

gases. Tienen la misma estructura que una batería o un conden-

sador. Los dos electrodos están separados por un tejido empapa-

do con un líquido transmisor y una cantidad mínima de ácido

sulfúrico. Gracias a su estructura específica y las propiedades

químicas de los electrodos y el electrolito, determinados gases

activan una reacción química que hace que se produzca una

corriente entre los dos electrodos. La electrónica integrada en

el detector de gases mide constantemente la corriente y evalúa

los cambios, emitiendo alarmas acústicas y visuales.

Lo que ya en el laboratorio es un proceso fascinante, tie-

ne que funcionar con la misma constancia en las exploracio-

nes petrolíferas en la permanente helada de Alaska como en

las instalaciones de licuefacción de gases en la tórrida región

del Golfo o en el espacio; en Lübeck también se fabrican senso-

res para la detección de hidrazina. Este líquido altamente reac-

tivo sirve de combustible muy eficiente para cohetes pero es

altamente cancerígeno, de modo que en el sector aeroespacial

son imprescindibles los detectores de gases; la NASA también

confía en los sensores de Dräger. Y su componente central se

produce con la lámina de PTFE de un blanco roto y un tamaño

de tan solo DIN A5 que está cuidadosamente guardada y prote-

gida contra el polvo.

Diferentes metales nobles en cada electrodoEn el siguiente paso se imprime en la lámina una mezcla creada

especialmente para este fin y preparada siempre en el momen-

to. Contiene diversos metales nobles como platino, oro o rute-

nio. «Esta mezcla», explica Axel Silz mientras levanta y observa a

contraluz un pequeño recipiente de laboratorio con su conteni-

do gris oscuro y espeso como la miel, «conserva sus propiedades

solo por muy poco tiempo. Luego, los auxiliares de laboratorio

sensibles

Muchos pasosse requieren hasta que estos sensores puedan

ofrecer la seguridad que Dräger garantiza. Aquí

se realiza una parte del montaje por capas, a

mano bajo un microscopio

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preparan la partida siguiente (siguiendo una fórmula especial)

que está exactamente adaptada al gas que se pretende detectar».

Por supuesto se documenta cada paso de la producción. Por el

número indicado en el mismo sensor, se puede averiguar tam-

bién más tarde la partida de la mezcla utilizada.

La mezcla se aplica con una espátula en una capa muy fina

sobre la lámina que, después de la aplicación, está cubierta con

un sinfín de puntos; varios centenares de ellos caben en una

superficie de tamaño DIN A5, cuando se producen los electro-

dos para los sensores XXS. Los electrodos para los sensores de

los detectores de gas estacionarios son bastante más grandes, y

también hay otros que no son circulares, como en el caso de los

electrodos dobles. La lámina se pesa antes del proceso y se vuel-

ve a pesar después, para controlar que cada uno de los puntos

de electrodos lleva exactamente la cantidad deseada de la mez-

cla. A continuación, las láminas impresas se cuecen durante

varias horas y los electrodos se recortan uno a uno de la lámi-

na, a mano y con una mirada tan atenta que no se le pasa la más

mínima irregularidad de la superficie o la más mínima varia-

ción del color. «Las piezas defectuosas van directamente a los

Reacción química en el electrodo de mediciónCO + H2O CO2 + 2H+ + 2e-

Reacción química en el segundo electrodo½O2 + 2H+ + 2e- H2O

Membrana porosa Segundo electrodo

Electrodo de medición Segundo electrodo PotenciostatoGas

Electrolito

Indicación

Cómo detecta el sensorEl principio: El aire pasa por la membrana de función filtrante y llega al electrodo de medición. Igual que el segundo electrodo, se encuentra en un líquido que ejerce de medio conductor eléctrico (electrolito). De este modo, se transmite corriente entre los dos que se puede evaluar (indicación). Los filtros y los materiales específicos para cada gas hacen que determinados gases provoquen una reacción en los electrodos. Por ello cambia la tensión que hay entre ellos. Esta variación de tensión es una medida para la concentración del respectivo gas.

Cada sensor se somete a pruebas minuciosas, uno por uno

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residuos especiales para su posterior reciclaje», explica Silz. A

fin de cuentas, contienen diversos metales nobles por los que

se recibe dinero.

Mientras se fabrican los electrodos de la forma descrita,

simultáneamente se van preparando los otros componentes del

sensor de gases. En el caso del XXS, una carcasa de plástico cubre

el sensor de tal forma que solo la cara sin tratar de la lámina está

en contacto con el ambiente. La cara tratada, no obstante, está

en contacto constante con el electrolito, sin importar el posicio-

namiento dentro del detector de gases. Algunas veces, hay otras

láminas que filtran el aire del exterior: láminas de selección,

por ejemplo, que en el caso de mezclas de gases son impermea-

bles para aquellos gases para los que no está diseñado el sensor,

pero que pueden interferir en la detección del respectivo gas

(sensibilidad cruzada).

Caspa como rocasEn la carcasa de plástico del sensor se integran primero los con-

tactos de oro para la conexión eléctrica con el detector de gases.

Con estos se conecta luego un hilo de platino de unos pocos

micrómetros de diámetro que, por su forma en espiral resis-

tente a las vibraciones, asegura el contacto con los electrodos.

Junto con los electrodos se montan tejidos de formas especia-

les, también a mano, con dos pinzas bajo un microscopio; un

trabajo que requiere tal concentración, se podría decir que casi

meditativo, que influye incluso en la respiración de los trabaja-

dores. «Por supuesto, esto se puede hacer solo en una sala blan-

ca», dice Axel Silz. «Si cayera una única partícula de caspa en el

sensor, en este mundo microscópico la lámina se abollaría como

si cayera una roca sobre ella».

Controles rigurosos: Aquí se ponen a prueba los sensores un poco más grandes para los detec-tores de gas estacionarios ex-poniéndolos uno a uno a gases de referencia normados, bajo una campana extractora

Producción minuciosa: Hasta 140 variantes de sensores se pueden fabricar en Lübeck

Molécula de COgas de medición, penetra en el electrodo de medición

Molécula de CO2

producto de la reacción, sale del electrodo de medición

Molécula de H2Ocomponente del electrolito

Ion de hidrógeno H+

de carga positiva porque le falta un electrón

Átomo de oxígeno

Molécula de oxígenodel aire ambiente

Electrón

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Producción con ojo,

experiencia y destreza

Un buen olfato: Axel Silz es el responsable de la producción de sensores electro-químicos. Por lo visto, tiene la sensi-bilidad necesaria para asegurar una alta calidad y un ambiente distendi do en todo el equipo

Gran variedad: Los sensores XXS destinados a diversos gases informan de la sustancia peligrosa detectada por los tres contactos de oro al disposi-tivo detector

Luego se aplica una masa selladora por el borde del sensor. Esta

es pastosa y evita que el electrolito se salga por el borde de la tapa

que se monta en el siguiente paso del proceso de fabricación. La

tapa tiene un pequeño orificio por el que se llena el sensor casi

completado con el electrolito, en una tercera parte aproximada-

mente; la mayoría de las gotas de lluvia son más grandes. En cuan-

to esté cerrado el orificio se imprimen los datos generales (tipo,

aplicación) y las informaciones individuales (como el número de

lote). Con ello el sensor está terminado y operativo, según el tipo

de sensor y la aplicación por un plazo de doce a 60 meses.

Centenares de miles de sensores al añoA continuación, se inicia un proceso de envejecimiento induci-

do. Este se lleva a cabo a una temperatura y humedad ambiente

constante y dura entre doce horas y cuatro días. Es un requisito

para poder controlar si los sensores cumplen las especificaciones

garantizadas. Para ello, a cada uno de los centenares de miles de

sensores se aplica el gas de prueba correspondiente, y se mide y

documenta la reacción durante un determinado tiempo. A con-

tinuación, los sensores dejan la producción controlada de forma

eficiente mediante el sistema Kanban. «Aquí fabricamos nues-

tros sensores igual que en un taller de manufactura; es impres-

cindible tener buen ojo, experiencia y destreza», resume Silz. La

mayor parte de los sensores va destinada a la producción pro-

pia de los detectores de gases. Se utilizan en diversas aplicacio-

nes que, aparte de los detectores estacionarios y portátiles, tam-

bién incluyen los etilómetros y los ventiladores de emergencia.

Para mayor seguridad, producida pieza por pieza en Lübeck.

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