DISPOSITIVO DE MONITORIZACIÓN DE GASES AUTOMATIZADA Y EN TIEMPO REAL
CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se engloba en el campo de la química analítica y describe un dispositivo que permite la monitorización de la composición química de los gases existentes, o liberados en el interior de un reactor (por ejemplo, un fotorreactor) , o de otro tipo de cámara o celda (por ejemplo, electroquímica) , a lo largo del tiempo, in situ, de manera automatizada y en tiempo real. Además, la presente invención también describe el uso de dicho dispositivo para la monitorización de una reacción que produce liberación de gases (p.ej. combustión, fotólisis o electrólisis del agua que comprende la producción de hidrógeno y oxígeno) , para la monitorización de la descomposición materia orgánica, o para monitorizar la liberación de un gas que se encuentra en disolución, entre otros.
ESTADO DE LA TÉCNICA
El uso habitual de cromatógrafos de gases se limita a muestras extraídas de modo manual mediante jeringas de gas, tomando una o múltiples muestras puntuales de la atmósfera de un reactor (p.ej. una celda electroquímica, o una reacción catalítica) o de una cámara en la que se desea detectar posibles cambios en la composición de su atmósfera en tiempo real.
Dichos cambios en la composición pueden ser consecuencia de diversas situaciones. Por ejemplo: por el desprendimiento (o aparición) de gases generados en reacciones (espontáneas o no) que ocurren en el interior de la cámara o reactor (monitorización del estado de descomposición de alimentos, monitorización del funcionamiento de pilas de combustible (fuel cells) , entre otras) , por contaminación de la atmósfera contenida en dicha cámara al entrar gases desde el exterior, etc.
Pero esta forma de medir es poco reproducible, sobre todo, cuando es necesario detectar la aparición o desaparición de gases tan ligeros como el hidrógeno (H2) .
Por otro lado, existen cromatógrafos que se emplean en modo automático, mediante la utilización de robots a los que se les introducen múltiples muestras (viales) específicas que el robot carga y mide secuencialmente. Pero dichos robots no son los encargados de tomar las muestras a tiempo real del interior de la celda donde se produce la reacción, sino que es necesaria la intervención de un operario que toma dichas muestras en diferentes momentos de la reacción.
Así, existe la necesidad de desarrollar sistemas que permitan la monitorización de la composición dentro de una cámara, celda o reactor, en tiempo real, sin la necesidad intervención humana durante la toma y lectura de muestras.
La presente invención se refiere a un dispositivo de monitorización en línea de una atmósfera de reacción de forma continua y automatizada (CEMDRA) . En particular, el dispositivo de la invención comprende:
un conducto para la circulación de un gas;
una fuente de alimentación de dicho gas conectada a dicho conducto;
una salida de gases al exterior conectada también a dicho conducto;
una celda que comprende conexiones de entrada y de salida a dicho conducto para permitir, respectivamente, la entrada y salida de dicho gas al interior de dicha celda;
y en el que dicho dispositivo está caracterizado porque comprende:
> un motor de recirculación de gases conectado a la conexión de salida de la celda mediante el conducto; y
> un detector de gases con una entrada de gases, conectada al motor de recirculación, y con una salida de gases; y
> una válvula de al menos dos posiciones conectada, mediante dicho conducto:
a la fuente de alimentación de dicho gas;
a la conexión de entrada a la celda;
a la salida de gases del detector de gases; y
a la salida de gases al exterior;
en donde dicha válvula comprende:
al menos una posición (L) configurada para suministrar, a través del conducto, dicho gas a la conexión de entrada de dicha celda y, para permitir que los gases liberados por la conexión de salida de dicha celda, una vez que salen del detector de gases, a través del conducto, salgan al exterior mediante la salida de gases; y
una posición (R) configurada para que los gases liberados por la conexión de salida de la celda, una vez que salen del detector de gases a través del conducto, sean reconducidos a la conexión de entrada de dicha celda, y para que el gas suministrado dicha válvula, a través del conducto, salga al exterior a través del conducto mediante la salida de gases o para que el suministro de gas a la válvula quede bloqueado;
y en donde dicha válvula está configurada para cambiar de la posición (L) a la posición (R) de manera estanca.
Dicho dispositivo permite la monitorización de la composición química de los gases existentes, o liberados en el interior de un reactor, o de otro tipo de cámara o celda, a lo largo del tiempo, in situ, de manera automatizada y en tiempo real.
Tal como se pone de evidencia en los ejemplos y modos de realización de la presente invención, el dispositivo de la presente invención no requiere de un operador, sino que, antes de su puesta en funcionamiento, el detector puede ser programado para la detección de los gases que se liberan a la salida de la celda, en periodos de tiempo y con volúmenes preestablecidos. De esta manera, el dispositivo resuelve los problemas de reproducibilidad ligados a la medida convencional de gases en celdas electroquímicas, siendo estos problemas más acusados en el caso de gases ligeros como en el caso del hidrógeno o de oxígeno por contaminación ambiental cruzada, debido a la toma de muestras manual y su posterior inyección también manual en un cromatógrafo de gases.
El dispositivo de la invención puede ser usado a escala de laboratorio o industrial.
A efectos de la presente invención, el término "comprende" puede ser reemplazado por cualquiera de los términos "consiste en" o "consisten sustancialmente en". Así, cuando el término "comprende" se refiere a un grupo de características técnicas A, B y C, debe interpretarse que puede incluir adicionalmente otras características técnicas además de las características técnicas A, B y C, siempre y cuando la presencia de las otras características no haga la invención impracticable, pero también puede interpretarse como que solamente comprende dichas características A, B y C o, que comprende sustancialmente dichas características A, B y C.
En una realización preferente, dicho dispositivo está caracterizado porque comprende, además, un controlador de flujo de gas entre la fuente de alimentación y la válvula de al menos dos posiciones. El controlador de flujo comprende medios de control para regular el caudal de gas requerido para el funcionamiento del dispositivo de la invención y dependerá del uso que se le dé a dicho dispositivo.
Ventajosamente, el dispositivo de la invención comprende dicho controlador de flujo cuando se llevan a cabo reacciones, u otro tipo de operaciones, en el interior de la celda, que requieren el suministro de un caudal externo de gas, p.ej. en casos en los que se requiere un flujo de as externo para reemplazar el gas existente en el interior de la celda por el gas suministrado (limpieza de la celda) .
Así, de manera ventajosa el dispositivo de la invención se caracteriza porque comprende una válvula de al menos dos posiciones conectada, mediante el primer conducto, a:
un controlador de flujo;
la conexión de entrada de la celda; y a
la salida de gases al exterior;
y en donde dicha válvula comprende:
al menos una posición (L) configurada para suministrar, a través del conducto, dicho gas a la conexión de entrada de dicha celda desde el controlador de flujo y, para permitir que los gases liberados por la conexión de salida de dicha celda, una vez que salen del detector de gases, a través del conducto, salgan al exterior mediante la salida de gases; y
una posición (R) configurada para que los gases liberados por la conexión de salida de la celda, una vez que salen del detector de gases, a través del conducto, sean reconducidos a la conexión de entrada de dicha celda, y para que el gas suministrado a dicha válvula, a través del conducto, salga al exterior a través del conducto mediante la salida de gases o para que el suministro de gas a la válvula quede bloqueado;
y en donde dicha válvula está configurada para cambiar de la posición (L) a la posición (R) de manera estanca.
A efectos de la presente invención, el término "estanco" referido a un circuito, pieza, cámara o parte del dispositivo, implica que no es posible que entren fluidos (gases o líquidos) a dicho circuito, pieza, cámara o parte del dispositivo desde el exterior
La presencia de una válvula con al menos dos posiciones de funcionamiento (L) y (R) como las descritas en el presente documento hacen posible que:
- la celda pueda permanecer en atmósfera cerrada (aislada de la atmósfera del exterior) cuando la válvula se encuentra configurada en la posición (R) , dado que los gases liberados por la salida de dicha celda son reconducidos de vuelta dentro de dicha celda; y
- la atmósfera existente en la celda pueda ser sustituida por otro gas diferente cuando la válvula se encuentra configurada en una posición (L) , dado que se suministra un gas a la celda mediante el conducto, y se permite que dicho gas reemplace los existentes en la elda, permitiendo la salida de los gases contenidos en ese momento en la celda al exterior, a través de dicho conducto hasta la salida de gases; y
- cambiar la configuración desde una posición a la otra de manera estanca, es decir, sin que entren o salgan gases del dispositivo.
Así, la existencia de dichos modos de funcionamiento permite la utilización del dispositivo de la invención en dos maneras diferentes.
Cuando la válvula de al menos dos posiciones está en una posición (L) , tal como se muestra esquemáticamente en la FIG. 1, es posible intercambiar y modificar el contenido de la celda. En particular, tal como se muestra en la FIG. 2, la celda se encontrará limpia cuando el detector de gases solamente detecte a la salida de la celda la presencia del gas que se introduce en dicha celda. De esta manera se garantiza que los elementos detectados sean únicamente los que se deben a la reacción o proceso que se lleva a cabo dentro de la celda, sin que influya el contenido previo de esta. Este modo, que se muestra esquemáticamente en la FIG. 1, permite, por ejemplo, limpiar la atmósfera interna de la celda (reemplazar el gas existente en la celda con otro) .
Sin embargo, cuando la válvula de dos posiciones está en posición (R) , el contenido de la celda se encuentra aislado del exterior, funcionando la celda del dispositivo en modo cerrado (mostrado esquemáticamente en la FIG. 3) . Este modo se puede utilizar para detectar y cuantificar, a lo largo del tiempo, los gases que son generados dentro de la celda cuando se produce una reacción química, ya sea espontánea, o no.
Un ejemplo no limitante de válvula de al menos dos posiciones como las descritas en la presente invención es una válvula VALCO® de cuatro puertos.
En una realización de la invención el dispositivo de la invención comprende más de una fuente de alimentación de gases para poder seleccionar el suministro de diferentes gases al interior del dispositivo. Cuando el dispositivo comprende más de una fuente de alimentación de gases, la selección del gas se puede realizar de diferentes maneras, entre otras, mediante el uso de una válvula que comprende, además de una primera posición (L) y una posición (R) , una o más posiciones (L) adicionales; o mediante el uso de un selector de gases.
Además, cuando el dispositivo de la invención comprende más de una fuente de alimentación de gases, dicho dispositivo comprende también un controlador de flujo para cada una de las fuentes de alimentación de gases, o un único controlador de flujo configurado para controlar el flujo del gas seleccionado.
En una realización ventajosa de la invención el dispositivo se encuentra caracterizado porque: a válvula de al menos dos posiciones se encuentra conectada, además, a una o más fuentes de alimentación de gases adicionales, cada una a través de un conducto respectivo, y está configurada para seleccionar la entrada de un gas a la válvula, a partir de su respectiva fuente de alimentación y a través del conducto respectivo;
y porque dicha válvula comprende, además de una primera posición (L) y una posición (R) , una o más posiciones (L) adicionales;
en donde cada una de dichas posiciones (L) se encuentran configuradas para suministrar el gas seleccionado a la conexión de entrada de dicha celda y, para permitir que los gases liberados por la conexión de salida de la celda, una vez que salen del detector de gases a través del conducto, salgan al exterior mediante la salida de gases.
De esta manera, la válvula permite la selección de un gas, a partir de diferentes fuentes de alimentación conectadas a dicha válvula (p.ej. 7 fuentes de alimentación en la FIG. 4A) , para que sea el gas seleccionado el que entre en la celda utilizando la válvula en una posición (L) , es decir, suministrando, a través del conducto, dicho gas seleccionado a la conexión de entrada de dicha celda y, para permitir que los gases liberados por la conexión de salida de dicha celda salgan al exterior (una vez que salen del detector de gases) a través del conducto, mediante la salida de gases.
En otra realización ventajosa de la invención el dispositivo comprende, además de la válvula de al menos dos posiciones (L) y (R) , un selector de gases conectado a una o más fuentes de alimentación adicionales y a dicha válvula de al menos dos posiciones, en el que dicho selector de gases comprende una segunda válvula configurada para seleccionar el suministro de uno o más gases a dicha válvula de al menos dos posiciones, a partir de su respectiva fuente de alimentación y a través del conducto. Por tanto, en dicha realización de la invención, el gas suministrado a la válvula de al menos dos posiciones puede ser seleccionado con un selector de gases.
Tanto la utilización de una válvula de al menos dos posiciones, con más de una posición (L) , conectada a más de una fuente de alimentación de gases, como la utilización de un selector de gases permite cambiar el gas que es introducido dentro de la celda del dispositivo de manera automatizada y sin requerir un operario.
De manera ventajosa, cuando se utiliza un selector de gases, o cuando la válvula de al menos dos posiciones se encuentra conectada a más de una fuente de alimentación de gases, el dispositivo comprende, además, un controlador de flujo y un regulador de presión, dispuestos entre la fuente de alimentación y la válvula de al menos dos posiciones. El controlador de flujo permite regular el caudal del gas seleccionado, mientras que el regulador de presión permite ontrolar la presión a la cual se suministra dicho gas en la celda, dado que, habiendo múltiples fuentes de alimentación de gas, el rango de presión de cada uno de dichos gases puede ser muy diferente.
En una realización de la invención, cuando el dispositivo de la invención comprende una válvula conectada, a más de una fuente de alimentación de gases, caracterizada porque dicha válvula comprende, además de una primera posición (L) y una posición (R) , una o más posiciones (L) adicionales, dicho dispositivo comprende un controlador de flujo y un regulador de presión entre cada una de las fuentes de alimentación de gases y dicha válvula.
En una realización de la invención, cuando el dispositivo comprende un selector de gases, dicho dispositivo comprende, también, un controlador de flujo y un regulador de presión entre dicho selector de gases y la válvula de al menos dos posiciones, en donde dicho controlador de flujo y dicho regulador de presión están configurados, respectivamente, para controlar el flujo y la presión del gas seleccionado en el selector de gases.
En otra realización de la invención, cuando el dispositivo comprende un selector de gases, dicho dispositivo comprende un controlador de flujo y un regulador de presión para cada una de las respectivas fuentes de alimentación de gases conectadas a dicho selector de gases, en donde dicho controlador de flujo y dicho regulador de presión se encuentran entre la fuente de alimentación del gas y el selector de gases.
Por otro lado, aunque la válvula de al menos dos posiciones permite el funcionamiento del dispositivo de manera estanca, en una realización preferente de la invención la celda se encuentra en el interior de una caja estanca que comprende conexiones de entrada y salida para permitir la entrada y salida de un gas al interior de dicha caja estanca, de manera que el interior de la celda se encuentra aislado del interior de la cámara estanca. La inclusión de la celda dentro de una cámara estanca permite detectar la existencia de fugas en el dispositivo.
Por tanto, ventajosamente el dispositivo de la invención comprende una cámara estanca, en cuyo interior se encuentra la celda, y que asegura que la celda se encuentre aislada de la atmósfera exterior. Así dicha cámara estanca comprende conexiones de entrada y salida a un segundo conducto para permitir la entrada y salida de un gas al interior de dicha caja estanca, de manera que el interior de la celda se encuentra aislado del interior de la cámara estanca.
Para comprobar la influencia de la caja estanca en el funcionamiento del dispositivo se procedió a llevar a cabo el experimento descrito en el ejemplo 6. En dicho ejemplo se evaluó si el gas presente en la caja estanca es detectado, o no, dentro de la celda. Si la celda está mal sellada tendrá una atmósfera contaminada con el gas contenido en la caja estanca.
La FIG. 9 muestra que, al llevar a cabo el procedimiento con la celda mal sellada, se aprecia un aumento en la concentración de N2 (gas contenido en la caja estanca) , a partir del instante en el que la posición de la válvula de la menos dos posiciones se configura en la posición (R) . Este modo de realización puede ser automatizado para ser incluido como etapa previa a la realización de cualquier otro experimento en el dispositivo de la invención, y así poder asegurar condiciones de reacción en la celda aisladas de la atmósfera exterior.
En una realización preferente, cuando la válvula de al menos dos posiciones se encuentra en posición (R) , el gas que sale al exterior mediante la salida de gases es reconducido a la conexión de entrada de la cámara estanca. En esta realización preferente, por tanto, el gas introducido en la cámara estanca es el mismo que el que se suministra a la válvula de al menos dos posiciones cuando dicha válvula se encuentra en posición (R) .
A efectos de la presente invención, la celda puede ser una celda electroquímica, un reactor de dos bocas, un fotorreactor, un balón de reacción de dos bocas, una pila de combustible (fuel cell) , una cámara en la que se puede monitorizar el consumo energético o el metabolismo (mediante la utilización de calorimetría indirecta, p.ej., midiendo la producción de CO2 , suponiendo que todo el CO2 emitido permite calcular la cantidad total de energía producida) , o cualquier cámara o recipiente en el que se pueda disponer de conexiones de entrada y de salida, para la entrada y salida de un gas.
En una realización ventajosa de la invención el dispositivo comprende medios de control para aplicar un estímulo externo a la celda, para que se induzca la liberación de uno o más gases, es decir, para que se induzca una reacción en dicha celda resultando en la generación de uno o más gases o para que se induzca una modificación del contenido de gases en dicha celda. Dicho estímulo externo puede ser de cualquier tipo, siempre que tenga como resultado la liberación de uno o más gases en dicha celda. Ejemplos no limitantes de la aplicación de dicho estímulo externo son: aplicación de un cambio de temperatura, irradiación de luz, aplicación de un potencial, campo magnético, sonicación, o una combinación de cualquiera de éstos, entre otros. Por tanto, en una realización ventajosa de la invención el dispositivo comprende medios de control configurados para aplicar un estímulo externo a la celda, en donde dicho estímulo externo se selecciona de entre el grupo que consiste en aplicar un cambio de temperatura, irradiar luz, aplicar un potencial eléctrico o magnético y realizar una sonicación, o para aplicar una combinación de cualquiera de dichos estímulos.
Así, en un ejemplo de realización de la invención, cuando el estímulo externo aplicado es la irradiación de luz, la celda es un fotorreactor. Dicho fotorreactor es un reactor configurado para llevar a cabo reacciones fotoquímicas (es decir, catalizadas o producidas por la irradiación de luz de una cierta longitud de onda) que generan gases y que, por tanto, pueden er monitorizadas por el dispositivo de la invención. Dichos fotorreactores pueden estar configurados para funcionar con irradiación de luz natural o con irradiación de luz artificial.
En una realización particular cuando la celda es un fotorreactor, los medios de control configurados para aplicar un estímulo externo a la celda (200) son medios para irradiar luz a dicha celda, y preferentemente son medios para irradiar dicho fotorreactor con luz de una determinada longitud de onda. Preferentemente, cuando la celda es un fotorreactor, el dispositivo de la invención comprende medios para irradiar dicho fotorreactor con luz de una determinada longitud de onda y el fotorreactor contiene un fotocatalizador. Dichos medios para irradiar el fotorreactor pueden ser, entre otros, una fuente de luz de una determinada longitud de onda, como una fuente de luz UV, una fuente de IR, una fuente de luz visible, etc.
Ejemplos, no limitantes, de fotorreactores son: fotorreactores de placa plana, fotorreactores monolíticos, fotorreactores anulares, fotorreactores de lecho fluidizado, fotorreactores de fibra óptica o fotorreactores de malla, entre otros.
En otro ejemplo de realización de la invención, cuando el estímulo externo aplicado es un potencial eléctrico, la celda es una celda electroquímica. Ventajosamente, cuando la celda es una celda electroquímica el dispositivo comprende, además, y los medios de control configurados para aplicar un estímulo externo a la celda (200) son medios de control configurados para aplicar un potencial eléctrico a dicha celda mediante conexión eléctrica o por medios inalámbricos (wifi, bluetooth, etc.) , donde dichos medios de control se encuentran preferentemente fuera de la cámara estanca. Dichos medios de control permiten poner en marcha o detener las reacciones electroquímicas que se llevan a cabo dentro de dicha celda electroquímica del dispositivo de la invención. En una realización de la invención dichos medios de control representan la conexión de la celda a una fuente de corriente o de tensión, o un potenciostato, o a una unidad de fuente de corriente y medidor (SMU por sus siglas en inglés: Source Measure Unit) . En una realización preferente, dichos medios de control de la celda electroquímica es un potenciostato.
En el dispositivo de acuerdo con la presente invención es posible utilizar cualquier tipo de celda electroquímica siendo indiferente la configuración de los electrodos (i. e. de dos o tres electrodos) , su diseño (se pueden utilizar celdas en H o celdas diseñadas para evaluar la corrosión) , o su capacidad (i. e. celdas de baja, media o gran capacidad) , permitiendo que el dispositivo de la invención pueda ser utilizado, tanto a pequeña escala (laboratorio, p.ej.) , como a escala industrial. En los casos en los que la celda se encuentra dentro de una cámara estanca, el tamaño o capacidad de la celda vendrá condicionado por el tamaño de la cámara estanca utilizada, dado que la celda debe poder ser integrada dentro de dicha cámara estanca. En una realización preferente la celda es una celda de 3 electrodos (ver FIG. 4B) , o una celda e combustible por electrólisis de dos electrodos, o una celda electrolítica en H, o una celda de corrosión o cualquier variación de las mismas.
De acuerdo con la presente invención, el dispositivo cuenta con un detector de gases que permite el análisis de los gases emitidos a la salida de la celda. De manera ventajosa, el dispositivo de la invención puede comprender cualquier dispositivo de detección y medida de gases y puede ser adaptado a otros sistemas de detección (por ejemplo, GC-masas, detector óptico de gases, entre otros) . Detectores adecuados para su uso en el dispositivo de la invención son, por ejemplo, un cromatógrafo de gases (GC) , un espectrómetro de masas -cromatógrafo de gases (MS-GC) o un detector óptico de gases (p.ej. un detector óptico de O2) .
Preferentemente dicho detector de gases se selecciona de entre el grupo que consiste en un cromatógrafo de gases (GC) , un espectrómetro de masas - cromatógrafo de gases (MS-GC) y un detector óptico de gases. Ventajosamente dicho detector de gases es un cromatógrafo de gases seleccionado de entre el grupo que consiste en un detector que emplea gas ionizado (cromatógrafo BID, por sus siglas en inglés Barrier Discharge lonization Detector) , un detector que usa la ionización por llama (cromatógrafo FID, por sus siglas en inglés, Flame lonization Detector) , un detector de quimioluminiscencia de azufre (cromatógrafo SCD, por sus siglas en inglés, Sulfur Chemiluminiscence Detector) , un detector de conductividad termal (cromatógrafo TCD, por sus siglas en inglés, Thermal Conductivity Detector) , un detector de llama fotométrico (cromatógrafo FPD, por sus siglas en inglés, Flame Photometric Detector) , un detector de captura de electrón (cromatógrafo ECD, por sus siglas en inglés, Electron Capture Detector) o un detector de llama termoiónico (cromatógrafo FTD, por sus siglas en inglés, Flame Thermoionic Detector) .
También, de manera ventajosa, el detector de gases comprende medios de control del detector de gases configurados para analizar los gases que salen de la celda de manera automatizada en periodos de tiempo y con volúmenes preestablecidos.
En una realización preferente dichos medios de control del detector de gases son medios programables.
La utilización del dispositivo en la posición R, para su utilización en la monitorización de una reacción química y, en particular, una reacción electroquímica se muestra en el ejemplo de realización preferente o ejemplo 2 descrito en el presente documento. Para ello, el dispositivo de la invención contó con una celda electroquímica de tres electrodos empleando dos electrocatalizadores diferentes. El dispositivo comprendía, además, un potenciostato conectado a dicha celda. Para dicho procedimiento, se llevó a cabo una reacción lectroquímica de producción de hidrógeno (2H++2e-->H2) , conocida por su nombre en inglés como la Hydrogen Evolution Reaction (HER) , y otra de producción de oxígeno a partir de agua (2 H2O -> 4H++4e-+O2) , conocida por su nombre en inglés como la Oxygen Evolution Reaction (OER) . Una vez conectada la celda electroquímica de tres electrodos con agua, al potenciostato, se procedió a realizar una limpieza de la atmósfera de la celda con He. Subsecuentemente se configuró la válvula del dispositivo de la invención en posición (R) , y se procedió a aplicar una corriente constante. Tanto en el caso de la HER como en el caso de la OER se pudo comprobar que la producción del gas (H2 y O2 , respectivamente) está directamente relacionada con la aplicación de la corriente (Corriente encendida) y se detiene la producción cuando la corriente se apaga (Corriente apagada) , tal como se aprecia en las FIG. 5A (producción de H2) y 5B (producción de O2) .
Cuando se configura la válvula de al menos dos posiciones en la posición (R) , la celda electroquímica no intercambia gas con el exterior (está en circuito cerrado) . Para la toma automatizada de muestras se activa el motor durante un breve periodo de tiempo para que el gas liberado a la salida de la celda tenga una composición homogénea, se extrae un pequeño volumen (p.ej. 10 microlitros cuando se utiliza un GC-2030 con un detector BID) del interior de la celda (p.ej. un volumen del orden del 1/1000 respecto al volumen contenido en la celda) , que a continuación pasa al detector. Esta extracción se repite en el tiempo de forma programada continuada cada cierto tiempo, lo que permite seguir la cinética de las reacciones. Como el volumen de gas de las muestras es pequeño no afecta a la reacción electroquímica, lo que permite un elevado número de medidas con el tiempo sin efecto de dilución apreciable, lo que supone una gran ventaja a los métodos convencionales que requieren de un volumen mayor para el análisis de los gases emitidos.
El tiempo de activación del motor, para obtener muestras con composición homogénea, se puede determinar de manera previa, monitorizando el tiempo requerido para que los cambios de composición de los gases a la salida de la celda puedan verse reflejados con el cromatógrafo en función del tiempo de activación del motor.
Siguiendo este modo de realización el dispositivo puede ser utilizado también para monitorizar la liberación de gases en, por ejemplo, muestras de materia orgánica a lo largo del tiempo (descomposición de materia orgánica, p.ej. alimentos) .
Por otro lado, la presencia de un controlador de flujo de gas permite modificar el caudal de gas que circula por el dispositivo. Asimismo, dicho controlador de flujo permite realizar un calibrado del dispositivo de manera sencilla antes de su uso. Tal como se puede ver en la FIG. 7, aplicando pulsos de gas a flujo constante, pero de duración diferente, se puede controlar el volumen de gas inyectado en la celda, por lo que podemos elaborar la curva de alibración del dispositivo previamente a su uso. Esta calibración añade un enorme potencial al dispositivo ya que evita la necesidad de comprar balas de gases con concentraciones conocidas (procedimiento habitual de calibración para el detector) . Además, la realización de dicha calibración permite que conozcamos las condiciones exactas en las que posteriormente se va a utilizar el dispositivo, por ejemplo, para realizar una reacción electroquímica. De acuerdo con la presente invención es posible utilizar cualquier tipo de controlador de flujo de gas, siempre que pueda conectarse de manera estanca al conducto del dispositivo y permita controlar la presión del flujo de gas en el rango de valores de trabajo de la celda y del detector de gases.
Ventajosamente, el dispositivo cuenta con un sistema de agitación, que permite poner en agitación el contenido de la celda, y/o un sistema de control de temperatura, que permite ajustar la temperatura del contenido de la celda. De manera ventajosa, dichos sistemas de agitación y de control de temperatura se encuentran dentro de la caja estanca, bajo la celda, o incluso forman parte de, o se encuentran en el interior de la celda.
Ventajosamente, el dispositivo comprende medios de control configurados para el control de los sistemas de agitación y/o de temperatura, en el que dichos medios de control se encuentran localizados fuera de la cámara estanca. Entre los sistemas de agitación apropiados para su utilización en el dispositivo de la invención se encuentran: agitadores magnéticos, agitadores mecánicos, entre otros.
Entre los sistemas de control de temperatura adecuados para su utilización en el dispositivo de la invención se encuentran placas calefactoras y placas peltier (que permiten tanto el enfriamiento como el calentamiento del contenido de la celda) .
En una realización de la invención, el control de temperatura se lleva a cabo utilizando una celda con paredes que comprenden una camisa hueca, aislada del contenido interior de la celda, por cuyo interior circula un fluido (p.ej. agua) a una temperatura determinada, permitiendo calentar, o enfriar el contenido de la celda modificando la temperatura de dicho fluido.
En este sentido, el control de temperatura y la agitación permite llevar a cabo de forma efectiva algunos tipos de procedimientos como en la monitorización del desprendimiento de un gas, a partir de una muestra líquida. Tal como se muestra en la FIG. 6, la liberación de O2 disuelto previamente en un volumen de agua contenido en la celda del dispositivo de la invención, es muy rápida cuando está activa la agitación magnética, alcanzando el máximo de concentración en menos de una hora, mientras que, sin agitación la liberación de dicho gas no llega a alcanzar el máximo incluso tras cinco horas.
Además, el estado del dispositivo de la invención puede ser verificado de manera sencilla antes de su utilización en un nuevo experimento, tal como se muestra en el ejemplo 7 del presente documento. Así, si existe una mala conexión de la celda al conducto u a otra parte del dispositivo, o una parte del dispositivo se encuentra dañada (por ejemplo, alguna parte del conducto o una unión, p.ej. racor, entre dos partes del dispositivo) , haciendo que puedan entrar gases desde el exterior, éstos podrán ser detectados cuando el dispositivo tiene la válvula de al menos dos posiciones configurada en la posición (R) . En este sentido la FIG. 10 muestra la evolución de la concentración de oxígeno (O2) frente al tiempo (curva con marcas redondas) , cuando el dispositivo cuenta con una mala conexión (intencionada) en un racor del conducto antes de su llegada al detector, y después de eliminar dicha mala conexión (curva con marcas cuadradas) . La presencia de oxígeno en el circuito prueba la existencia de contaminación de aire que entra al interior del dispositivo desde el exterior. La utilización del dispositivo de esta manera permite simplificar las tareas de supervisión periódicas del estado del equipo.
Por otro lado, el motor hace recircular el gas a través del conducto y de la celda permitiendo la homogenización de los gases antes de que entren en el detector. Así, el análisis de muestras efectuado por el detector es representativo del contenido de la celda a tiempo real. Esto se puede observar en la FIG. 8 que muestra que, al introducir un gas (hidrógeno en el ejemplo mostrado en dicha figura) en el dispositivo (con la válvula en una posición L) , cuando se pone en funcionamiento el motor, la cantidad de gas detectada en el detector aumenta de modo continuo desde el tiempo inicial, mientras que, cuando el motor no está en funcionamiento, en ningún momento se llega a percibir en el detector un aumento del gas introducido en la celda.
El suministro del gas a la celda del dispositivo se efectúa a través de la alimentación de gases conectando una bala de dicho gas al conducto que conduce dicho gas a la válvula de al menos dos posiciones. Dado que las balas de gas pueden proporcionar un flujo de gas a una presión demasiado elevada para los límites que pueda soportar cada una de las partes del dispositivo (por ejemplo, el detector de gases) , el regulador de presión permite, ventajosamente, la utilización del dispositivo a una presión controlada. De manera general, los rangos de presión a los cuales funciona el dispositivo de la invención deben estar configurados de acuerdo con el valor de presión máxima de trabajo del detector de gases. En una realización preferente el rango de presión de trabajo del dispositivo es de hasta 10, 3 bar.
Tal como se desprende de su descripción, el dispositivo de la invención permite su utilización en numerosos procedimientos que requieren el análisis de gases a la salida de una celda, balón de reacción, etc.
Así, una realización preferente se refiere al uso del dispositivo descrito en la presente invención en la monitorización de una reacción química que produce liberación de uno o más gases.
Otra realización preferente se refiere al uso del dispositivo descrito en la presente invención en la monitorización de una reacción electroquímica.
Adicionalmente, otra realización preferente se refiere al uso del dispositivo descrito en la presente invención en la monitorización de una reacción fotoquímica o fotocatalítica.
Otra realización adicional preferente se refiere al uso del dispositivo descrito en la presente invención en la monitorización de la combustión de una pila de combustible.
Finalmente, otra realización preferente adicional, se refiere al uso del dispositivo descrito en la presente invención en la monitorización de descomposición de materia orgánica.
Para ayudar en la comprensión de la utilización y características del dispositivo de la invención, se describen, a continuación, figuras que acompañan los modos de realización preferentes de la invención y ejemplos descritos en el presente documento.
FIG. 1. Dispositivo de la invención en el que la válvula de al menos dos posiciones se encuentra en una primera posición (L) . El dispositivo comprende una alimentación (A1) de un gas (G101) que es conducido hasta la entrada (E200) de la celda (200) , marcada como (C) a través de un conducto (101) . Entre la alimentación (A1) y la celda (200) se encuentran dispuestos un regulador de presión (500) , un controlador de flujo (600) y una válvula de dos posiciones (700) . La celda (200) se encuentra en el interior de una cámara estanca (400) por la que se establece un flujo de un gas (G2) que entra y sale de dicha cámara (400) por las conexiones de entrada (E400) y salida (S400) de dicha cámara. A la salida (S200) de la celda (200) los gases son conducidos a un motor (800) , marcado como (M) y, a continuación, a un detector de gases (900) , marcado como (D) . En la figura se muestra de forma esquemática, con flechas punteadas, el sentido de flujo del gas dentro de la válvula de al menos dos posiciones (700) , en donde se muestra que el gas (G101) es suministrado a través del conducto (101) a la conexión de entrada (E200) de dicha celda (200) desde el controlador de flujo (600) , mientras que los gases liberados por la conexión de salida (S200) de dicha celda (200) son conducidos, a través del conducto (101) de vuelta a la válvula de al menos dos posiciones (700) para su posterior salida al exterior mediante la salida de gases (S1) .
FIG. 2. Monitorización de la limpieza de la celda del dispositivo de la invención con Helio. Se monitorizó la concentración de nitrógeno (N2 , línea de puntos redondos) y oxígeno (O2 , línea e puntos cuadrados) presentes en el aire que inicialmente se encontraba en la celda del dispositivo, frente al tiempo, a medida que se introducía Helio en el dispositivo manteniendo la posición de la válvula en posición (L) .
FIG. 3. Dispositivo de la invención en el que la válvula de dos posiciones se encuentra en posición (R) . El dispositivo comprende una alimentación (A1) de un gas (G101) que es conducido hasta la entrada (E200) de la celda (200) , marcada como (C) a través de un conducto (101) . La celda se encuentra conectada a un potenciostato (300) . Entre la alimentación (A1) y la celda (200) se encuentran dispuestos un regulador de presión (500) , un controlador de flujo (600) y una válvula de dos posiciones (700) . La celda (200) se encuentra en el interior de una cámara estanca (400) por la que se establece un flujo de un gas (G2) que entra y sale de dicha cámara (400) por las conexiones de entrada (E400) y salida (S400) de dicha cámara. A la salida (S200) de la celda (200) los gases son conducidos a un motor (800) , marcado como (M) y, a continuación, a un detector de gases (900) , marcado como (D) . En la figura se muestra de forma esquemática, con flechas punteadas, el sentido de flujo del gas dentro de la válvula de al menos dos posiciones (700) , en donde se muestra que los gases liberados por la conexión de salida (S200) de la celda (200) , a través del conducto (101) , son reconducidos a la válvula de al menos dos posiciones para ser suministrados una vez más a la conexión de entrada (E200) de dicha celda (200) , en donde el gas (G101) suministrado desde el controlador de flujo (600) a través del conducto (101) , sale al exterior a través de dicho conducto (101) mediante la salida de gases (S1) .
FIG. 4. Válvula (700) de 8 posiciones: 7 posiciones (L) y una posición (R) . Se muestra la conexión a 7 fuentes de alimentación (A1, A2, ..., A7) de gas diferentes. Dicha válvula (700) se encuentra configurada para seleccionar la entrada de un gas (G101, G102, ..., G107) a través de un conducto respectivo (101, 102, ., 107 ) , a partir de su respectiva fuente de alimentación (A1, A2, A7) . Los conductos cerrados se han marcado con un símbolo H . En cada una de las posiciones (L1, L2, ..., L7) , la válvula permite el paso del flujo del gas (G101, G102, ..., G107) seleccionado hacia la conexión de entrada (E200) de la celda (200) , mientras que otra de las conexiones permite que los gases liberados por la conexión de salida (S200) de dicha celda (200) sean conducidos de vuelta a la válvula (700) para su posterior salida al exterior mediante la salida de gases (S1) . En la figura (A1) se muestra una posición (L1) en la que un gas (G101) entra en la válvula (700) desde la fuente de alimentación (A1) por el conducto (101) y permite el paso del flujo hacia la entrada de la celda (E200) . Sin embargo, en la figura (A2) se muestra dicha válvula configurada en posición (R) , en la que los gases liberados por la conexión de salida (S200) de dicha celda (200) son reconducidos hacia la entrada de la celda (E200) , en lugar de permitir su salida al exterior mediante la salida de ases (S1) , mientras que la entrada del gas (G101) a la válvula se encuentra bloqueada . (B) Celda electroquímica de tres electrodos utilizada en uno de los modos de realización preferentes del dispositivo de la invención.
FIG. 5A. Producción de H2 a partir de la reacción HER. La figura (A1) muestra el área del pico de H2 producido frente al tiempo, indicando el momento en el que comienza la aplicación de la corriente eléctrica. La figura (A2) muestra la carga producida frente al tiempo. 5B. Producción de O2 a partir de la reacción OER. La figura (B1) muestra el área del pico de O2 producido frente al tiempo, indicando el momento en el que comienza la aplicación de la corriente eléctrica. La figura (B2) muestra la carga producida frente al tiempo.
FIG. 6. Evolución de la cantidad de gas (O2) liberada a partir de una muestra de agua, con dicho gas disuelto, contenida en la celda del dispositivo de la invención a lo largo del tiempo, con (línea de puntos redondos) y sin (línea con puntos cuadrados) utilización de un sistema de agitación.
FIG. 7. (A) Cantidad de N2 detectado tras la introducción de dicho gas en la celda durante diferentes intervalos de tiempo. (B) Curva de calibración obtenida.
FIG. 8. Cantidad de H2 detectado con (línea con puntos cuadrados) y sin (línea con redondos) la utilización del motor.
FIG. 9. Variación en la concentración de N2 (gas contenido en la caja estanca) detectado en el detector de gases, a la salida de la celda, a partir del instante en el que la posición de la válvula se configura en la posición (R) . El experimento se realizó en primer lugar, una celda con un fallo del sellado (línea con puntos redondos) y, en segundo lugar, una celda bien sellada (línea con puntos cuadrados) .
FIG. 10. Evolución de la concentración de oxígeno (O2) detectada frente al tiempo, cuando el dispositivo cuenta con una mala conexión en un racor del primer conducto antes de su llegada al detector (curva con puntos redondos) , y después de eliminar dicha mala conexión (curva con puntos cuadrados) .
Los modos de realización de la invención preferentes y ejemplos descritos a continuación tienen carácter ilustrativo y muestran diferentes maneras de poner en práctica la invención, pero no pretenden limitar el ámbito de la presente invención. Para llevar a cabo los experimentos se utilizó un dispositivo como el mostrado en las figuras 1 y 3, que comprendía un cromatógrafo de gases (900) Nexis™ GC-2030 de Shimadzu basado en la utilización de gas ionizado (es un detector que emplea gas ionizado, o cromatógrafo BID, por sus siglas en nglés Barrier Discharge lonization Detector) , que utiliza Hc como gas portador o vehículo y que funciona a una presión máxima de 10 bar. La válvula de al menos dos posiciones (700) utilizada fue una válvula VALCO de cuatro puertos y dos posiciones.
1. Monitorización de la limpieza de la celda del dispositivo de la invención
La limpieza monitorizada de la celda (200) se lleva a cabo configurando la válvula (700) en su primera posición (L) . En dicha posición (L) la válvula (700) permite la circulación de gas G101 en el interior del conducto (101) tal como se muestra en la FIG. 1. Es decir, el gas G101 pasa por la válvula (700) , a continuación, entra y sale de la celda (200) y finalmente vuelve a la válvula (700) para salir al exterior. Este modo permite limpiar la atmósfera interna de la celda. En particular, la celda (200) se encontrará limpia cuando el detector de gases (900) solamente detecte la presencia del primer gas G101 a la salida de la celda (200) .
Para ello se utilizó helio como gas G101 de limpieza en una celda que, al inicio, contenía aire.
En la FIG.2 puede apreciar como en unos pocos minutos, la presencia de los gases de partida (fundamentalmente O2 y N2 contenidos en el aire que se encontraba dentro de la celda) disminuye a valores insignificantes debido al perfecto arrastre que produce el gas de limpieza (He) . A partir del instante marcado como cero (Tf 00:00) se puede considerar que la celda está totalmente limpia o libre de aire.
2. Monitorización de una reacción electroquímica en la celda del dispositivo de la invención
En este modo de funcionamiento el dispositivo de la invención está configurado para monitorizar reacciones que se llevan a cabo, u ocurren espontáneamente, dentro de la celda (200) . Este es el modo de funcionamiento adecuado, por ejemplo, para la realización de experimentos electroquímicos (cinéticas de reacción) .
Para proceder a monitorizar una reacción electroquímica con el dispositivo de la invención, la válvula (700) debe estar configurada en la posición (R) y la celda (200) es una celda electroquímica conectada a un potenciostato (300) , tal como se muestra en la FIG. 3. En este modo, el gas G101 entre en la válvula (700) y sale al exterior sin entrar en la celda (200) . Es decir, la celda (200) no intercambia gas con el exterior (está en circuito cerrado) .
Mediante el empleo de diferentes técnicas electroquímicas (voltametría cíclica o cronoamperometría) no sólo se puede determinar la cantidad de gas generado por un electrocatalizador sino también la cinética del proceso de reacción. El dispositivo de la nvención permite correlacionar los valores electroquímicos mediante la detección de gases y la identificación de los productos, a la salida de la celda (200) en la que se lleva a cabo la reacción electroquímica a monitorizar, en el detector (900) . El dispositivo permite así el cálculo de las cinéticas de reacción (estando hasta ahora limitadas a la técnica de pinchazos que tienen muy baja reproducibilidad dado que solo se podían ejecutar un número limitado de los mismos sin afectar la reacción dado el volumen de gas necesario en la inyección manual) , además, permite la programación y automatización de todas estas tareas.
Antes de proceder con la reacción, se activa el motor (800) durante un breve periodo de tiempo, suficiente para que se obtenga una lectura de composición de la atmósfera de reacción contenida en la celda (200) constante en el detector (900) .
Para dicho procedimiento, se llevó a cabo una reacción electroquímica de producción de hidrógeno (2H++2e-->H2) conocida como la Hydrogen Evolution Reaction (HER) y otra de producción de oxígeno a partir de agua (2 H2O -> 4H++4e-+O2) , conocida como la Oxygen Evolution Reaction (OER) .
Dichas reacciones se llevaron a cabo en una celda electroquímica de tres electrodos como la que se muestra en la FIG. 4B, empleando dos electrocatalizadores diferentes.
Para ello, el dispositivo de la invención contó con una celda (200) electroquímica de tres electrodos: uno es el de trabajo, otro el de referencia y el último es un contraelectrodo) . El electrodo de referencia es de Ag/AgCl (3M KCl) , el contraelectrodo es una barra de carbono y el de trabajo es un electrodo de carbón vitreo modificado con un electrocatalizador (i. e. oxido de vanadio) . El dispositivo comprendía, además, un potenciostato conectado a dicha celda.
Para dicho procedimiento, se llevó a cabo una reacción electroquímica de producción de hidrógeno (2H++2e-->H2) conocida como la Hydrogen Evolution Reaction (HER) y otra de producción de oxígeno a partir de agua (2H2O -> 4H++4e-+O2) , conocida como la Oxygen Evolution Reaction (OER) en una disolución acuosa de H2SO4 (1M) .
Una vez conectada la celda electroquímica de tres electrodos al potenciostato, se procedió a realizar una limpieza de la atmósfera de la celda con Hc posición (L) . Gracias a la configuración del CEMDRA, el proceso de limpieza se pudo monitorizar usando el cromatógrafo y se comprobó la disminución de gases tales como N2 y O2. De esta manera, el proceso electroquímico se inició en el momento en el que ningún gas fue detectado ya que la celda se encontraba saturada únicamente de Hc (dado que se utiliza un detector BID en el que el Hc es el gas utilizado como portador o vehículo, no es detectable) . Subsecuentemente e configuró la válvula del dispositivo de la invención en posición (R) , y se procedió a aplicar una corriente constante.
Tal como se muestra en la FIG. 5A, se produjeron un total de 6 culombios (experimento de cronoamperometría) aplicando una corriente constante.
El pico a los 2, 2 minutos de tiempo de retención que se observa en la FIG 5A representa el hidrógeno que empieza a aparecer al encender la corriente (Corriente encendida) y producirse la reacción HER.
Asimismo, se puede ver en la FIG. 5B que la cantidad de oxígeno detectada utilizando un cromatógrafo de gases como detector (900) durante la OER coincide con la cantidad de carga producida durante el experimento de cronoamperometría. Es decir, se produjeron un total de 5.5 culombios aplicando una corriente constante, donde se monitorizó y cuantificó el área del pico de oxígeno.
En conclusión, en ambos casos se puede comprobar que la producción del gas está íntimamente relacionada con la aplicación de la corriente (Corriente encendida) y se detiene la producción cuando la corriente se apaga (Corriente apagada) .
3. Monitorización de la disolución de un gas en la celda del dispositivo de la invención
El siguiente ejemplo muestra la utilización del dispositivo de la invención para la monitorización de la liberación de un gas a partir de una muestra que se encuentra en la celda (200) , y en este caso en particular, la liberación de un gas que se encuentra disuelto en agua que se encuentra en un balón de dos bocas que es, en este caso, la celda (200) del dispositivo de la invención.
El dispositivo de la invención cuenta, en este caso, de manera ventajosa, un sistema de agitación, en concreto un agitador magnético, que permite poner en agitación, y homogeneizar, el contenido de la celda (200) . El procedimiento incluye las siguientes etapas:
• Se abre la caja estanca (400) y se introducen 50 mL de agua en un balón de dos bocas (200) .
• Se conectan la entradas y salida del balón al primer conducto (101) y se encierra en la caja estanca.
• Se mantiene la válvula (700) configurada en la posición (L) durante un periodo suficiente para que la atmósfera interior del balón (200) no contenga aire, reemplazando el gas del interior del balón (aire inicialmente) por el gas de limpieza (en ste caso He) , de manera análoga a la indicada en el modo de realización 1 descrito anteriormente en la presente invención.
• A continuación, y manteniendo la válvula (700) en la posición (L) , se procede a sustituir el gas de limpieza (He) por el gas a disolver en el agua (en este caso O2) , manteniendo la atmósfera en el balón (200) saturada en O2 hasta que pasa a estar disuelto en el agua.
• Se vuelve a cambiar el gas y se limpia de nuevo con Hc para eliminar de la atmósfera interna del balón todo el O2 empleado para saturar el líquido, hasta que el O2 ya no se detecta por el cromatógrafo (900) en los gases que salen de la celda.
• Se cambia a modo "R" para monitorizar el aumento de oxígeno en fase gas a medida que pasa el tiempo.
Este experimento se repite en dos configuraciones, la primera sin agitar y la segunda activando el agitador magnético para ver el efecto que produce dicha agitación en el cambio en las presiones parciales del gas en la fase líquida y en el gas.
La FIG. 6 muestra la diferente evolución de la cantidad de gas liberada del agua con el tiempo. Tal como se puede apreciar en dicha FIG. 6, la liberación del O2 disuelto en el agua es muy rápida cuando está activa la agitación magnética, alcanzando el máximo de concentración en menos de una hora. En cambio, la liberación sin agitación no llega a alcanzar el máximo incluso tras cinco horas de experimento.
Siguiendo este modo de realización el dispositivo puede ser utilizado también para monitorizar la liberación de gases en, por ejemplo, muestras de materia orgánica a lo largo del tiempo (descomposición de materia orgánica, p.ej. alimentos) .
4. Procedimiento de calibración de la celda mediante el uso del controlador de flujo.
El siguiente ejemplo muestra la utilización del dispositivo de la invención para la calibración de una celda.
El procedimiento incluye, en primer lugar, realizar una limpieza de la celda (200) y de todo el dispositivo con un gas (en este caso He) , de manera análoga a la indicada en el modo de realización 1 descrito anteriormente en la presente invención. A continuación, se configura la válvula (700) en la posición (R) para tener la celda (200) aislada de la atmósfera exterior.
Tras esta etapa modificamos el gas de entrada, cambiándolo de Hc a N2 , y se hace circular por fuera de la celda, en posición (R) con un flujo constante conocido.
Durante un breve instante se abre y cierra la válvula de dos posiciones (700) , cambiando su posición brevemente de (R) a (L) de tal modo que ese flujo constante de N2 pueda entrar en la celda (200) . Así obtendremos un pequeño pulso del gas que queremos calibrar (en este caso N2) , de una duración de tiempo determinada. Puesto que disponemos del controlador de flujo (600) que nos permite conocer el caudal de gas que atraviesa el conducto (101) y que sabemos la duración del pulso (tiempo en el que se ha puesto la válvula en posición L) podemos saber exactamente el volumen de gas (N2) que hemos inyectado en la celda (200) y este dato lo podemos poner en correspondencia con el área del cromatograma devuelta por nuestro medidor (Cromatógrafo de Gases) .
Así en la FIG. 7A podemos ver el resultado de aplicar cinco pulsos de gas a flujo constante de duraciones diferentes. Variando la duración de la entrada de N2 podemos controlar el volumen de gas inyectado (ya que conocemos el flujo y el tiempo) . Así que tenemos la información del volumen de gas en el interior de la celda y con la información del detector es posible construir la curva de calibración mostrada en la FIG. 7B.
5. Verificación de la influencia del motor en el dispositivo de la invención
El siguiente ejemplo muestra la influencia del motor (800) en el funcionamiento del dispositivo de la invención.
El procedimiento comprende introducir H2 (un gas G101) en el interior de una celda (200) , utilizando un generador de H2 calibrado (de manera análoga a la indicada en el modo de realización 4 descrito anteriormente en la presente invención) , para evaluar el tiempo que tarda el detector (900) del dispositivo en percibir la presencia de dicho gas, H2 , en dos situaciones:
a) sin usar el motor (800) , dejando que el H2 se difunda por todo el sistema, y
b) usando el motor (800) para uniformizar el contenido de H2.
Previamente la celda se ha limpiado manteniendo el sistema en modo "L" durante un periodo suficiente para que la atmósfera del interior de la celda se haya reemplazado por el gas de limpieza (en este caso He) .
La FIG. 8 muestra cómo, tras configurar la válvula (700) en modo (R) (T0=00:00) se puede ver claramente que cuando se pone en funcionamiento el motor (800) , la cantidad de hidrogeno detectada en el detector (900) aumenta de modo continuo desde el tiempo inicial T0 , mientras que, cuando el motor (800) no está en funcionamiento, la cantidad de hidrógeno detectada no umenta incluso después de transcurrir 45min y, en ningún momento se llega a percibir un aumento de hidrogeno en el detector (900) .
6. Verificación de la estanqueidad de la celda.
El siguiente ejemplo muestra la influencia de la caja estanca (400) en el funcionamiento del dispositivo para la detección de gases liberados en la celda (200) .
El procedimiento realizado tiene por objetivo analizar si el gas (G2) presente en la caja estanca (400) es detectado, o no, dentro de la celda (200) . Si la celda (200) está mal sellada tendrá una atmósfera contaminada con el gas (G2) contenido en la caja estanca (400) .
En la FIG. 9 se marca como tiempo cero (T0=00:00) el instante en el que se cambia la posición de la válvula (700) desde la posición (L) a la posición (R) en circuito cerrado.
Para realizar el experimento se utiliza, en primer lugar, una celda (que se ha limpiado previamente con He de manera análoga a la indicada en el modo de realización 1 descrito anteriormente en la presente invención) con un fallo del sellado y, en segundo lugar, una celda bien sellada y, en ambos casos, se utiliza N2 como gas (G2) de la cámara estanca (400) .
Al llevar a cabo el procedimiento con la celda mal sellada, se aprecia el aumento en la concentración de N2 , a partir del instante en el que la posición de la válvula (700) se cambia a la posición (R) . Este modo de realización puede ser automatizada para ser incluido como etapa previa a la realización de cualquier otro experimento en el dispositivo de la invención.
7. Verificación del correcto funcionamiento del dispositivo con la válvula de dos posiciones configurada en posición (R) .
El siguiente ejemplo permite verificar el correcto funcionamiento del dispositivo de la invención. Cuando el dispositivo tiene la válvula de dos posiciones (700) configurada en la posición (R) detecta la presencia de cualquier contaminación ambiental en la celda (200) .
En la FIG. 10 se muestra la evolución de la concentración de oxígeno (O2) frente al tiempo (curva con puntos redondos) , cuando el dispositivo cuenta con una mala conexión (intencionada) en un racor del primer conducto antes de su llegada al detector (900) , y después de eliminar dicha mala conexión (curva con puntos cuadrados) . La presencia de oxígeno en el circuito es debida a la contaminación del aire del exterior. La utilización del dispositivo de esta manera permite simplificar las tareas de supervisión periódicas del estado del equipo.
