DOS MÉTODOS EXCLUSIVOS PARA MEDIR EL OXÍGENO

CADA UNO CON SUS PRO Y SUS CONTRAS

Temas disponibles

instrumentacion@ono.com

Diseño Web: Romero

Le hago un apartado especial al oxígeno, por ser uno de los gases que podemos medir de varias formas diferentes, por eso aquí voy a explicar los dos métodos casi únicos para este tipo de gas, esto no quiere decir que estas sean las únicas formas para medirlo, ya que también se puede medir con láser, célula electroquímica, etc.

En cada uno de los casos, explicaremos los pros y los contras de cada uno de los equipos para una mejor elección del equipo a utilizar en cada aplicación.

Los dos métodos son:

ZIRCONIO

PARAMAGNÉTICO

               Método Quincke.

               Viento Magnético:

                    Anillo

                               Filamento.

               Deflexión.

He de deciros que los analizadores de oxígeno son los más comunes en la industria, no hay chimenea o caldera que se precie sin uno instalado en ella, amén de filtros mangas para medir el oxígeno presente para inertizarlo con nitrógeno.

Zirconio:

La célula de oxido de zirconio es una de las más utilizadas para la medida del oxígeno en una mezcla gaseosa.

La célula consta de una capsula con oxido de zirconio y unos electrodos de contacto que suelen ser de platino o de una aleación de éste.

Para que la célula funcione debe de estar a una temperatura alta, el control de temperatura de estos equipos suele estar entre los 600 ºC y los 800 ºC. A esta temperatura el oxido de zirconio es permeable a los iones de oxígeno, generando una tensión en mV que cumple la siguiente fórmula.

R= Cte. de los gases.

T= Temperatura Absoluta (recuerda Grados Kelvin ) Kº.

F= Cte. de Faraday.

P1= Presión parcial de la referencia.

P2= Presión parcial de la muestra.

Para que exista una diferencia de potencial una de las caras debe de tener una referencia, por lo general aire atmosférico seco que se introduce en una de sus caras, estando la otra en contacto con el gas a analizar.

Aquí os dejo un dibujo esquemático de un analizador y más abajo unas consideraciones para el buen funcionamiento y calibración del equipo.

Una de las limitaciones de los analizadores de oxígeno con zirconio, es que no se pueden usar en atmósferas reductoras, es decir en aquellas en las que el medio está ávido de oxígeno , como en los hornos de tostación de piritas o quema de sulfuros. Aquí por experiencia os digo que no duran ni un día casi.

Otra de las limitaciones es que no haya materia combustible en el gas, ya que este debido a la alta temperatura a la que trabaja la célula podría incendiarse.

Cuando lo pongamos en servicio, hay que esperar el tiempo que nos indica el fabricante para dar por valida la medida.

El caudal de referencia hay que ajustarlo en los caudales que nos indican el fabricante, por lo general 60 l/h, ya que en caso de ser muy alto se corre el riesgo de que este aire nos pase a la parte delantera de la célula y nos contamine la muestra, y en caso de ser muy bajo y estar en una zona algo presurizada el gas nos puede pasar al lado opuesto y falsearnos la medida.

En cuanto a la calibración, no hacer el cero con una mezcla o gas ausente de oxígeno, usar una mezcla con un poco de éste, 0'1 o 0'4 % en volumen es suficiente para un rango bajo. Si lo hacemos con una mezcla sin oxígeno, si miráis la fórmula, P1/0 = y Log = ∞.

En cuanto a los caudales, ajustar el caudal de muestra de calibración al valor que nos indique el fabricante, por lo general 150 l/h, que debe ser suficiente para no dejar entrar muestra del exterior y que no sobrepase la célula.

Una última cosa no dar caudal a tutiplén para acabar antes, enfriaremos la célula y tendremos que esperar hasta que ésta encuentre su equilibrio térmico.

Arriba

Paramagnetismo:

Estos equipos se basan en las propiedades magnéticas de ciertos gases entre ellos los más importantes son el Oxígeno, y el Dióxido y Monóxido de Nitrógeno.

Por ello es muy importante que cuando se mida uno de ellos, el otro este en baja proporción o estable para poder compensarlo sobre la marcha.

Hay diversos métodos de medida del paramagnetismo del oxígeno, todos ellos basados en hacer pasar el gas por o cerca de un campo magnético no uniforme para que este se magnetice.

Los más utilizados en la industria son los de Método Quincke, Viento Magnético o Termomagnético y el de Magnetodinámico o Deflexión.

Método Quincke: También llamado magneto-neumático, como se muestra en la figura de abajo, se basa en una cámara con dos ramales por los que circula un gas  de referencia, por lo general nitrógeno o argón, que es calentado a una temperatura constante. Cuando solo este circulando este gas se ajusta el zero del equipo. El gas de muestra se introduce a la salida del gas de referencia, y en uno de los extremos del ramal se genera un campo magnético, pulsante o continuo según el equipo, que hace que el gas sea atraído hacia este ramal, variando el caudal del gas de referencia por ese ramal. La detección de la diferencia de caudal se puede calcular por el cambio de temperatura  en el puente de medida y es proporcional a la concentración del gas paramagnético.

La gran ventaja de este equipo es la rapidez de la medida y su precisión, siendo su gran inconveniente el tener que mantener un suministro de un gas de referencia fijo, con el consiguiente gasto en botellas de gases.

Viento Magnético:

Dentro de esta forma de medir hay varios tipos de detectores, siendo los más comunes el de Anillo y el de Filamento.

           Anillo: Este sistema de medida consta, como se puede ver en la figura de abajo, de un anillo metálico por donde entra el gas a analizar. En el centro del anillo se coloca un tubo, por lo general de vidrio, que comunica ambos ramales del anillo. En una de la entradas del tubo se dispone un fuerte campo magnético, provocando que el gas paramagnético se sienta atraído por éste y circule por el tubo de vidrio.  Mediante unos detectores colocados en el tubo podemos saber la cantidad de gas que circula por este. Los sistemas de detección pueden ser dos termistores como se muestran aquí, bobinas calefactadas, etc.

             Filamento: El sistema de medida de este analizador, como se muestra en el dibujo de abajo, consiste en dos cavidades idénticas en las que se alojan dos resistencias calefactadas y abiertas a la entrada del gas a analizar. En una de las cavidades  se coloca un campo magnético, provocando que el gas paramagnético entre en la cavidad, enfriando la resistencia y provocando un desequilibrio en el puente de medida que es proporcional a la concentración del gas. Cuando el gas se calienta en las resistencias este pierde propiedades paramagnéticas y provoca que sea empujado hacia el exterior por el nuevo gas frío atraído por el campo magnético.

 

Deflexión: También conocido como Magnetodinámico se basa en detectar la fuerza que ejerce un gas paramagnético sobre unas esferas cargadas de un gas diamagnético.

El montaje se muestra en la figura de abajo. Como podemos ver consta de dos ampollas, por lo general llenas de Nitrógeno muy puro, que están unidas y colgadas mediante un filamento que suele ser de cuarzo. Sobre las ampollas se dispones sendos campos magnéticos para atraer los gases paramagnéticos. En el tubo que une las ampollas hay un espejo o un prisma y enfrente una luz de infrarrojos.  La luz reflejada incide sobre dos fotocélulas, que en estado de equilibrio recibirán la misma cantidad de luz, pero cuando exista la presencia de un gas paramagnético, este será atraído hacia las ampollas e intentará girarlas, modificando la cantidad de luz que reciben los fotodetectores. La medida la podemos conseguir o bien amplificando el movimiento de las ampollas o midiendo la fuerza que hay que realizar para mantener el sistema en equilibrio.

Debido a este sistema de funcionamiento, el principal inconveniente de este equipo son las vibraciones, que pueden inducir a medidas erróneas, de hecho si alguna vez movéis el equipo estando este funcionando, veréis como la indicación varía de una forma ostentosa.

,