Un medidor de humo (medidor de humo, analizador de número de hollín) es un dispositivo para medir la densidad del humo , es decir, la concentración de partículas de aerosol suspendidas en el aire u otro medio gaseoso [1] ; un dispositivo para medir la composición del humo [2] .
Los nefelómetros y transmisómetros se utilizan para medir una pequeña cantidad de aerosol en el aire (por ejemplo, neblina ) .
Las propiedades de las sustancias y materiales, debido a su fragmentación, son estudiadas por la química coloidal [3] :10 . Incluido el tema de estudio es el humo [3] :19 . La química coloidal utiliza métodos ópticos de análisis de dispersión : nefelométrico y turbidimétrico [3] :209 . El tamaño de las partículas en los humos varía desde 5 µm hasta tamaños submicroscópicos, menos de 0,1 µm [4] :11 .
El estudio de los aerosoles se realiza por sedimentación, o por conteo de partículas en suspensión [4] :220 . Los métodos indirectos para investigar los aerosoles se basan en el engrosamiento por condensación de partículas y en la medición de la dispersión o atenuación de la luz por los aerosoles [4] :221 .
Las partículas coloidales no se pueden ver bajo un microscopio. En 1903, se creó el ultramicroscopio , un microscopio con iluminación lateral. Las partículas coloidales dispersan la luz y los puntos brillantes en el ocular le permiten contar el número de partículas y estudiar su movimiento, calcular el tamaño de las partículas, sacar conclusiones sobre la forma de las partículas [5] :32 . La flota utilizaba anteriormente sistemas en los que la detección de humo en el aire tomado de los locales protegidos se producía de forma visual debido a la iluminación lateral de los tubos transparentes en la estación de control de humos [6] .
Los medidores de humo se utilizan para medir los parámetros de los procesos tecnológicos (por ejemplo, al fumar productos) para medir el contenido de humo en los gases de escape, así como para controlar la aparición de humo. Puede ser un instrumento de medición o un dispositivo de señalización. [una]
En Inglaterra, en 1961, se creó una inspección nacional cuya tarea principal era medir las concentraciones de humo. [4] :368
La medición del índice de humos de los gases de escape forma parte de la inspección técnica de los vehículos equipados con motores diésel de combustión interna. Para evaluar el índice de humo de los motores diesel, se utilizan medidores de humo, que funcionan según el principio de determinar el coeficiente de atenuación del flujo de luz que pasa a través de los gases de escape. [7]
La densidad óptica medida del humo se correlaciona con la visibilidad durante un incendio en condiciones de humo. [8] :371 Inicialmente, el concepto de visibilidad de objetos se formuló como el concepto de rango de visibilidad meteorológica y se introdujo a nivel internacional en 1929. La definición estaba asociada con las percepciones subjetivas de los observadores. Al calcular las condiciones de evacuación y determinar las condiciones peligrosas que ocurren durante un incendio, se utiliza el concepto de "visibilidad limitada en humo". [9]
En los edificios, los detectores de humo se utilizan para detectar incendios emitiendo humo [10] . Para detectar humo en espacios abiertos, el uso de detectores de humo no es práctico, ya que la concentración de productos de combustión en áreas urbanas o en conjuntos halagadores está disminuyendo rápidamente. En tales condiciones, es posible utilizar sistemas ópticos de videovigilancia con análisis automático de imágenes de video para detectar humo. [once]
Los principales fenómenos ópticos que se producen en el humo se reducen a la dispersión y absorción de la luz en el interior y en los límites de la nube de humo. [12]
Cuando se usa el principio de atenuación del flujo de energía radiante por una capa de gas que contiene humo de cierto espesor, se puede usar radiación óptica y radiactiva. [una]
Dispersión simpleLos fenómenos físicos que ocurren durante la dispersión de la luz dependen de la relación entre el tamaño de las partículas de humo y la longitud de onda . Si el tamaño de las partículas es mayor que la longitud de onda de la luz, la reflexión y la refracción de la luz se producen en el límite de las partículas de humo de acuerdo con las leyes de la óptica geométrica . En el caso de las partículas opacas, la luz se dispersa por su reflexión directa; en el caso de las partículas transparentes, la dispersión se produce como resultado de múltiples reflejos y refracciones de la luz en las superficies interna y externa de las partículas. Si el tamaño de las partículas de humo es proporcional a la longitud de onda de la luz, entonces la causa de la dispersión es la difracción . Si el tamaño de las partículas de humo es mucho más pequeño que la longitud de onda de la luz, entonces se produce dispersión debido a la excitación de los electrones por la luz, como resultado de la vibración de los electrones , la energía se emite en todas las direcciones. [12] :34
La dispersión provoca la polarización de la luz. [12] :35
El límite inferior físico para determinar la composición dispersa de las partículas de aerosol debido a la dispersión de la luz de las partículas está limitado por un diámetro de partícula de 10 −7 m Para partículas más pequeñas, la determinación solo es posible como resultado del agrandamiento de las partículas. [13] :101
AbsorciónLa absorción de la luz por el humo suele ser selectiva y destaca claramente en una determinada región estrecha del espectro. En este caso, la nube de humo se pinta de un color adicional al absorbido. Es posible absorber luz en una amplia región del espectro. En este caso, la nube se ve negra. [12] :38
Dispersión múltipleSi la concentración de humo es lo suficientemente alta, la energía radiante se puede disipar muchas veces. Debido a la dispersión secundaria, terciaria y posterior, los rayos se vuelven blanquecinos y despolarizados. En sistemas muy dispersos, esto conduce a la desaparición del color. [12] :40
El ahumado se puede medir determinando el número de hollín según el método de Bacharach. Aspirando los gases a través de papel absorbente se determina su contaminación. El lado del elemento filtrante que mira hacia los gases se oscurece o incluso se vuelve negro. El color se compara con una escala que consta de 10 discos rellenos, cuyo tono varía de 0 (blanco) a 9 (negro). Número de escala que coincide con el color del filtro y es el número de hollín según Bacharach. [catorce]
El principio de funcionamiento de los medios técnicos más comunes de detección de incendios (detectores de humo) se basa en determinar la densidad óptica de un medio gas-aire que contiene productos de combustión o un flujo de radiación óptica dispersado por este medio. [quince]
El humo de los fuegos ardientes se compone principalmente de partículas de carbono casi esféricas, el tamaño de tal "esfera" es mucho más pequeño que la longitud de onda de la luz. Los estudios se realizaron para tres longitudes de onda 450, 630, 1000 nm. [16] Con el tiempo, el humo es la formación de partículas más grandes debido a la adhesión de las pequeñas. Los dispositivos de señalización de tipo ionización pueden responder al humo recién formado con partículas pequeñas, los dispositivos que emiten una señal al dispersar o absorber la luz sobre las partículas no responderán hasta que el tamaño de las partículas sea del mismo orden que la longitud de onda. [8] :372
En la URSS en los años 60, se utilizó un detector de humo de barco automático AKSD-57 en el que los ventiladores aspiraban alternativamente el aire controlado de las instalaciones del barco. En caso de incendio, la entrada de humo en el medidor de humo activa una alarma. [1] Una variante del diseño de dicha instalación consistía en recibir tuberías con diámetros de 15 ... 32 mm, colocadas en el puesto de control de humo del aire, en las que se instalaron ventiladores de funcionamiento continuo. Las ramas receptoras de las tuberías equipadas con enchufes se ubicaron debajo del techo de las instalaciones protegidas. En la estación de control de humo, las tuberías estaban conectadas dentro del aparato con enchufes, cuyas secciones estaban iluminadas por una lámpara eléctrica. La luz de la lámpara pasaba a través de un prisma y una lente montada en la parte inferior de cada casquillo. El mamparo horizontal evitaba que la luz de la lámpara entrara directamente en el área de control de humo. La cámara de control de humos tenía vidrio transparente, el resto de las superficies envolventes estaban pintadas de negro. Mientras se succione aire limpio de las instalaciones, los rayos de luz permanecerán invisibles. Cuando el humo entra en la campana, sus partículas (10 −2 ... 10 −3 mm de tamaño) estarán en la corriente de luz y darán la impresión de una llama saliendo de la campana. Era posible instalar una fotocélula en el interior, que detectaba automáticamente la luz dispersada por el humo [6] .
En la década de 1970, la oficina de correos de Australia requería detectores de incendios para las salas de ordenadores, las centrales telefónicas y los túneles de cables. Para la investigación, se utilizó como herramienta de medición un nefelómetro , utilizado anteriormente para estudiar las columnas de humo de los incendios halagadores. Ninguno de los detectores del mercado se ha encontrado adecuado para esta aplicación. Los mejores resultados los mostró el propio nefelómetro . Pero para usarlo como detector, requería refinamiento. El detector de humo por aspiración, desarrollado sobre la base del nefelómetro , se fabricó en 1979. [17]
En la actualidad, una serie de detectores de incendios por aspiración, para reducir la probabilidad de señales falsas, utilizan un sistema de filtro para limpiar el polvo del entorno de aire controlado. El filtro se instala delante de la cámara óptica de detección de humo. Luego se agrega aire limpio a la segunda etapa de limpieza para evitar la contaminación de las superficies ópticas, garantizar la estabilidad de la calibración y una larga vida útil. El siguiente filtro se instala frente a la cámara de medición, en la que se reconoce la presencia de humo. [Dieciocho]
Los diseños modernos de la mayoría de los detectores de humo puntuales utilizan sistemas ópticos cerrados. Esto es necesario para proteger el receptor del flujo de luz dispersado por las partículas de humo de fuentes de luz externas. Al mismo tiempo, no puede cerrarse por completo, ya que no entrarán productos de combustión en forma de partículas de humo. En los sistemas ópticos de los detectores, se utilizan particiones especiales (laberintos), que protegen el receptor de la radiación de luz de fuentes de luz externas y permiten que el flujo de partículas de humo ingrese al área de medición del receptor-transmisor. [19]
En 1929, Nueva York demostró el lanzamiento de un sistema de extinción de incendios a gas cuando el humo de la gasolina quemada ingresa al espacio entre la fuente y el receptor de radiación ultravioleta. [veinte]