7/25/2019 Justificacin_tesis_mario_gonzalez_alatriste

1/8

1. Justifcacin

1.1 Sensores qumicos de gasespara aplicacionesaeroespaciales.

En ocasiones, los sensores qumicostienen que ser diseadosespecfcamente para operar en unaambiente determinado. Y, porsupuesto, tambin se da el caso enque un sensor qumico que esutilizado para una aplicacin enparticular, no uncioneadecuadamente en otra aplicacin.Entre ms especializado sea elrequerimiento, mayor es lanecesidad de adaptar tecnologas

de sensores eistentes que seadecuen a estos requerimientos o,de ser necesario, desarrollar nue!astecnologas de sensores. "asaplicaciones aeronuticas yespaciales son particularmentedesafantes, dado que a menudo,estas aplicaciones tienenparticularidades, las cuales, no #ansido pre!iamente consideradas porpro!eedores comerciales. $s aun,las necesidades de sensores

qumicos de aplicacionesaeroespaciales #an cambiado a lolargo de los aos para re%e&ar elnasis cambiante de la sociedad.

"a industria aeronutica y espacial,f&a su atencin en tres aplicacionesde los sensores sensores qumicos,las cuales son' deteccin de ugasen !e#culos de lanzamiento,monitoreo de emisiones de gases deescape, y deteccin de uego.

En la industria (eronutica yespacial se busca continuamenteme&orar la seguridad y reducir loscostos que se requieren paramantener la aerona!egabilidad de laaerona!e) reducirconsiderablemente la cantidad deemisiones producida por los

motores) y me&orar la seguridad deltransporte en las aerolneascomerciales *+. -omo se describirms adelante, el censado qumicoen deteccin de ugas, monitoreo deemisiones de gases de escape y

deteccin de uego, permitirn a laindustria aeronutica y espaciallograr estos ob&eti!os. -adaaplicacin tiene !arios problemasdierentes asociados a la medicinde especies qumicas. in embargo,el desarrollo de una tecnologabase, puede atender lasnecesidades de una gran cantidadde aplicaciones.

1.1.1 Deteccin de ugas en

vehculos de lanzamiento.

En aplicaciones de seguridad de!e#culos de lanzamiento, ladeteccin de ba&as concentracionesde #idrogeno, posiblemente a ba&astemperaturas, es importante paraaplicaciones que tienen que !er con,por e&emplo, la operacin de untransbordador espacial. /na uga de0idrgeno puede ocasionar unaeplosin y, a no ser que su

localizacin sea rpidamenteidentifcada, conducir a situacionesde riesgo, retrasos en lanzamientosde !e#culos y costos considerables.En los aos 12 el mtodo paradeteccin de ugas era unespectrmetro de masas conectadoa un arreglo de tubos de muestreo,ubicados en la regin de inters.(unque era capaz de detectar#idrgeno en una gran !ariedad deambientes, el espectrmetro de

masas tena un retraso de tiempo,asociado con la deteccin de lauga, lo cual, complicaba laubicacin eacta de la misma. Estatcnica en la deteccin de ugas, noera capaz de aislar adecuadamentela localizacin de las ugas de#idrogeno y por lo tanto, causaba

7/25/2019 Justificacin_tesis_mario_gonzalez_alatriste

2/8

retrasos en las operacionesespaciales.

En respuesta a los problemas deugas de #idrogeno, la 3(( seempe en me&orar las capacidades

de deteccin de ugas de propelentedurante el ensamble y operacionesde pre4lanzamiento y de pre4!uelo.e pretendi, entonces, utilizar unsistema de deteccin automtico,usando sensores de #idrgenos decontacto puntual. in embargo, noeistan censores comerciales queoperaran satisactoriamente paraesta y otras aplicaciones espacialesrelacionadas. "a razn de esto, eranlas condiciones en las cuales el

sensor de #idrogeno deba operar.

El sensor de #idrogeno de ser capazde detectar #idrgeno desde ba&asconcentraciones, a lo largo dellmite inerior de eplosi!idad, elcual es de 56 en aire. El sensordebe soportar una eposicin del+226 de #idrogeno sin daarse osurir alg7n cambio en sucalibracin. (dems, el sensor debeser epuesto a gases criognicos.

8or lo tanto, es necesario lamedicin y el control de latemperatura del sensor. "aoperacin debe ser en un ambienteinerte, dado que el censor quizdeba operar en reas purgadas con#elio. e prefere que sea capaz deoperar en el !aco. 9ambin debeser capaz de multiplear la seal de!arios censores, a fn de !isualizar lamagnitud y localizacin de las ugasde #idrogeno. -ada censor debe

tener un mnimo en tamao, peso yconsumo de energa, para disminuir,tanto el peso del !e#culo, como losrequerimientos de energa. "oscensores comercialmentedisponibles, los cuales, enocasiones, necesitaban ogenopara operar o dependan de la#umedad *:, no cumplan con las

necesidades de estas aplicaciones ypor lo tanto ue necesario eldesarrollo de un nue!o tipo desensores de #idrogeno *;.

En aos recientes, se #a e!aluado

eperimentalmente el rendimientode los sensores de #idrogenocomercialmente disponibles. "ossensores catalticos, midenconcentraciones de #idrogeno deorma precisa y su respuesta es, engran medida, independiente de losparmetros del ambiente. "ossensores metal4oido4semiconductor, tienen una precisinpobre y una uerte dependencia alos parmetros del ambiente. "os

sensores electroqumicos tienenaltas !ariaciones en precisin y endependencia a los parmetros delambiente *5. in embargo, el#idrgeno no es el 7nicocombustible que puede ser usadopara aplicaciones de lanzamiento de!e#culos.

7/25/2019 Justificacin_tesis_mario_gonzalez_alatriste

3/8

lo cual aade ms complicaciones alproceso de deteccin de ugas' nosolo debe ser detectado el gas porrazones de pre!encin deeplosiones, sino tambin porrazones de salubridad. (s como no

eista la tecnologa de sensores de#idrogeno, que respondiera a lasnecesidades de aplicaciones deseguridad de !e#culos delanzamiento en los aos 12, toda!ano eiste un sistema de deteccinde ugas de combustiblecomparable para !e#culos delanzamiento que utilicencombustibles alternati!os.

1.1.2 Monitoreo de emisiones de

gases de escape.

El desarrollo de un nue!o tipo desensores, es tambin necesario paramonitorear las emisiones de losmotores de una aerona!e. El controlde emisiones, es un componenteimportante en el desarrollo de la

siguiente generacin de estosmotores. /na reduccin en lasemisiones de los motores, puede seralcanzada, en principio, si lasemisiones del motor sonmonitoreadas y esa inormacin esutilizada para modifcar el procesode combustin. Este control acti!ode la combustin, tambin dependedel desarrollo de actuadores quepermitan controlar dic#o proceso,as como un sistema de control para

interpretar los datos del sensor ycambiar apropiadamente losparmetros del motor. El podermonitorear el tipo y cantidad deemisiones que son generadas porun motor, es tambin importante,ya que permite determinar el estadodel motor. 8or e&emplo, almonitorear los gases de escape ylos cambios correlacionados con lasemisiones, producidas por cambiosen la actuacin del motor, se puede

monitorear la degradacin a largoplazo de los componentes del motor.

>dealmente, un arreglo de sensoresubicado en el %u&o de emisiones delmotor podra proporcionarinormacin de los gases emitidos.in embargo, #ay muy pocossensores comercialmentedisponibles que sean capaces demedir in4situ, los componentes delas emisiones. "as se!eras

condiciones y las altastemperaturas en la tobera de unaero4reactor, #acen inoperables a lamayora de los sensores *?.

El sensor debe operar a altastemperaturas, eponindose a ba&asconcentraciones de gases, loscuales sern medidos. (unque las

7/25/2019 Justificacin_tesis_mario_gonzalez_alatriste

4/8

mediciones de ido de nitrgeno@3

7/25/2019 Justificacin_tesis_mario_gonzalez_alatriste

5/8

reducir las alsas alarmas y me&orarla seguridad de la aerona!e. (unqueeisten muc#as especies qumicasindicadoras de uego, dos de ellasson de particular inters, -< y-

7/25/2019 Justificacin_tesis_mario_gonzalez_alatriste

6/8

!ronograma de actividades

Revisin bibliogrfca .

+. 9ecnologa actual en sensores de ogeno en aplicaciones espaciales yaeronuticas.

:. Henerar ob&eti!os e #iptesis.;. Iases tericas de los sensores qumicos de gases.5. Iases eperimentales de los sensores qumicos de gases.

Fase experimental.

+. 8reparacin de las pelculas delgadas contin7as de 9i

7/25/2019 Justificacin_tesis_mario_gonzalez_alatriste

7/8

Actividades

Abri

l

May

o Junio Julio Agosto Sep. Octubre Noviembre Dic.

Revisin

Bibliogrfica

!ase

E"perimental

Anlisis #e

resulta#os

Re#accin #e

tesis

Entrega #e

tesis y

presentacin

#e e"amen

profesional

=.

7/25/2019 Justificacin_tesis_mario_gonzalez_alatriste

8/8

*+D. . Holdin, (eronautics and pace 9ransportation 9ec#nology' 9#ree 8illarsor uccess, +11B

*: 0unter, Hary J., K( ur!ey and (nalysis o -ommercially (!ailable0ydrogen ensorsK, 3(( 9ec#nical $emorandum +2=B, +11:.

*; 0unter, Hary J., K( ur!ey and (nalysis o Eperimental 0ydrogenensorsK, 3(( 9ec#nical $emorandum +2?;22, +11:.

*5 ". Ioon4Irett, L. IouseG, 8. $oretto, Meliability o commercially a!ailable#ydrogen sensors or detection o #ydrogen at critical concentrations' 8art >> Nselected sensor test results, >nternational Lournal o 0ydrogen Energy, ;5, +,:221, =?:4=B+?.

*= 9. 0Obert, ". Ioon4Irett, H. IlacG, /. Ianac#, 0ydrogen sensors N ( re!ieP,ensors and (ctuators I' -#emical, +=B, :, :2++, ;:14;=:.

*? L Miegel, 0 3eumann, 0.4$ Jiedenmann, E#aust gas sensors orautomoti!e emission control, olid tate >onics, +=:N+=;, :22:, B;422.

*B J.M. Hra#am, -.(. 0all, $. Qera $orales, 9#e potential o uture aircrattec#nology or noise and pollutant emissions reduction, 9ransport 8olicy, ;5,:2+5, ;?4=+.

* Jolgang Rruell,9#orsten c#ultze,Mobert 9obera,>ngol Jillms, (nalysis oDust 8roperties to ol!e t#e -omple 8roblem o 3on4fre ensiti!ity 9esting o