Fig. 1

Curso: Principios de Medidas
Tema: Variable Física - % de Oxígeno en Gases
Sub-Tema: Principio de Medición, Ecuaciones & Aplicaciones
Código: INST 3601
Lección: 27
Profesor: James Robles
Variable % Oxígeno
La variable porciento de oxígeno en gases es una medida para conocer qué porciento de un gas está
compuesto de oxígeno. Esto es necesario para compararlo con el porciento de oxígeno en el aire que es
aproximadamente de 20.95%. Luego de una reacción química o una combustión, esta medida es
utilizada para conocer la eficiencia de esa reacción o combustión. En un sistema de control, esta
variable puede ser manipulada para mantenerlo en un valor deseado. El símbolo utilizado es % O2. La
unidad de ingeniería utilizada para la medición de oxígeno en gases es % (porciento). (Ej:. %O2 = 1.23%).
Principio de Medición
Los analizadores de oxígeno de zirconia determinan la concentración de oxígeno utilizando la
conductividad de una celda de cerámica de zirconia. Las celdas de cerámica de óxido de zirconia sólo
permiten que los iones oxígeno pase a través de ellas a altas temperaturas. Con el gas de referencia en
un lado y el gas de muestra por el otro, los iones de oxígeno se mueven desde el lado con la mayor
concentración de oxígeno hacia el lado con la concentración más baja. El movimiento de los iones
genera un voltaje que puede ser medida para determinar el contenido de oxígeno.
Fig. 1
En la figura 1, un gas con concentración de oxígeno fijo (normalmente aire) se coloca en el lado A como
gas de referencia (PR), mientras que el gas cuya concentración de oxígeno se va a medir (PM) se coloca
en el lado B. Cuando se hace esto, la conducción de iones se produce desde el lado con mayor
concentración de oxígeno hacia el lado con menor concentración de oxígeno.
Ecuaciones
La reacción electroquímica en ambos lados sigue según la Ecuación 1.
Ecuación 1:
El voltaje que acompaña la conducción de iones viene dada por la ecuación de Nernst (Ecuación 2).
Ecuación 2:
Dado que el voltaje varía en función de la temperatura del sensor de óxido de circonio y la
concentración de oxígeno del gas de referencia (PR), en el dispositivo real, el sensor de óxido de zirconia
se coloca en un horno de temperatura constante, y el aire se usa generalmente como el gas de
referencia.
Voltaje
Con un sensor de óxido de zirconia, un voltaje estable conforme a la ecuación de Nernst se obtiene de
aproximadamente 500 ° C, como se muestra en la Tabla 1.
Tabla 1
% de Oxígeno (PM)
Analizador de Oxígeno
Rosemount 6888
Como en todo tipo de instrumentación de proceso, estos instrumentos producen una señal de 4 – 20
mA o protocolo digital. El rango de proceso que más común se utiliza es de 0 – 20% de oxígeno (el
ambiente contiene alrededor de 20.95% de oxígeno).
Aplicaciones
Las aplicaciones para analizadores de oxígeno en gases son las siguientes:



Medida de % de oxígeno en gases resultantes de combustión de una caldera
Medida de % de oxígeno en gases de un motor de combustión interna
Medida de % de oxígeno en áreas habitadas por trabajadores para su seguridad