Células electroquímicas utilizadas en los analizadores de oxígeno

Células electroquímicas utilizadas en los analizadores de oxígeno

Los sensores electroquímicos, también conocidos como pilas de combustible, miden los niveles porcentuales o de trazas (ppm) de oxígeno en un gas o mezcla de gases y se utilizan en los equipos de análisis de oxígeno de Systech.

Optimización de los analizadores de oxígeno para diferentes aplicaciones

También existen variaciones de estos dos tipos de células para medir en atmósferas de hidrógeno o que contienen hidrógeno. Existen varios tipos de carcasas de celdas, de modo que la celda puede optimizarse para la aplicación de análisis de gases elegida.

La teoría de nuestros sensores electroquímicos de oxígeno

Vida útil del sensor del analizador de oxígeno

Como la reacción electroquímica provoca la oxidación del ánodo de plomo, las propiedades eléctricas/químicas de la célula cambian, lo que requiere una calibración periódica. La oxidación del ánodo de plomo también significa que los sensores del analizador de oxígeno tienen una vida limitada. Una vez que todo el plomo disponible se ha oxidado, la célula ya no producirá una salida, y debe ser reemplazada. En consecuencia, cuanto más bajo sea el nivel de oxígeno al que esté expuesto el sensor, más tiempo funcionará.

Las células Systech ppm que miden niveles bajos de oxígeno deberían tener una vida útil superior a 3 años. Las células de porcentaje, que miden el aire, deberían tener una vida útil de unos 5 años.

Algunos componentes de la corriente de gas aumentan la tasa de oxidación, o forman otros compuestos de plomo, acortando así la vida del sensor. Entre ellos se encuentran el CO2 y el Cl2. Las corrientes de gas que contienen estos gases deben evitarse en la medida de lo posible.

Medición de la concentración o presión parcial de oxígeno

Todas las células electroquímicas Systech utilizan la difusión capilar y miden la concentración de oxígeno. Las barreras de difusión de tipo membrana miden la presión parcial.

Efectos de la presión del gas en los analizadores de oxígeno

La corriente generada por la célula es proporcional a la fracción de volumen de oxígeno y ésta es independiente de la presión del gas. Sin embargo, si la célula se somete a un pequeño cambio de presión o a pequeños impulsos de presión, por ejemplo, por una bomba, entonces se puede generar una corriente transitoria que se verá como un cambio en la lectura de oxígeno en el analizador.

Cuando la presión cambia, el gas es forzado a atravesar la barrera capilar (conocido como bulkflow). Esto da lugar a un mayor (o menor) flujo de gas hacia la célula y, por tanto, a un transitorio en la señal de salida. El transitorio se estabiliza rápidamente una vez que el pulso de presión se completa y se restablecen las condiciones de difusión. Las células Systech están equipadas con un mecanismo antiflujo, que amortigua los cambios de presión, con lo que se reduce considerablemente la señal transitoria y, por tanto, la medición del gas oxígeno es más precisa.

El efecto de los pulsos de presión en la medición del oxígeno

Algunas bombas pueden someter a la célula a un aluvión de pulsos de presión, que superan el dispositivo antiflujo a granel y dan lugar a una lectura de oxígeno mejorada. En estos casos es necesario diseñar el sistema de muestreo para minimizar los pulsos.

Si el pulso de presión es lo suficientemente grande, la barrera de la célula se romperá, a menudo acompañada por la fuga del electrolito de la célula. Presiones tan bajas como 1 Bar pueden causar sobrepresiones si se aplican incorrectamente. Hay que tener cuidado de no sobrepresionar las células, ya que los daños de esta naturaleza no están cubiertos por la garantía de Systech.

Efectos de la temperatura en los equipos de análisis de oxígeno

Las células electroquímicas son sensibles a la temperatura, aunque el efecto es relativamente pequeño. Si se cambia la temperatura de +20 a -20°C, se perderá aproximadamente un 10% de la señal de salida. Para minimizar los efectos de los cambios de temperatura en la precisión de la medición del gas oxígeno, las celdas de algunos instrumentos, como el EC900, llevan incorporada la compensación de temperatura. Otros instrumentos pueden tener una compensación de temperatura.

Linealidad de la salida de los analizadores de oxígeno de Systech

La señal de una célula Systech es:

O/P = constante * ln[1/(1-C)]

Donde C es la concentración fraccionaria de oxígeno

En la práctica, el rendimiento de las células es efectivamente lineal hasta el 30% de oxígeno. Las concentraciones de oxígeno superiores al 30% presentarían dificultades tanto por la no linealidad como por la reducción de la vida útil.

Los analizadores electroquímicos de oxígeno de Systech tienen estabilidad a largo plazo y baja deriva

El diseño de la célula requiere que la velocidad de reacción de las células sea suficiente para la difusión a través del capilar y que todas las demás etapas del proceso sean significativamente más rápidas. Las células Systech tienen electrodos muy activos para que las células tengan una gran reserva de actividad. Esto es un factor que garantiza una excelente estabilidad a largo plazo y una baja deriva.

Uso de pilas de hidrógeno en el análisis de gases

Las pilas de hidrógeno están especialmente diseñadas para tener una baja interferencia cruzada de hidrógeno. Deben utilizarse en flujos de hidrógeno y de gases que contengan hidrógeno, incluidos los gases como el etileno.

Las células de hidrógeno pueden utilizarse con cualquier otra corriente de gas, por ejemplo, el nitrógeno, pero su menor salida de señal requiere una modificación del instrumento para mostrar las lecturas correctas.

Corrección del peso molecular del gas portador

El peso molecular del gas portador o de fondo afectará a la velocidad a la que el oxígeno puede entrar en la célula a través del capilar. Esto dará lugar a una salida de corriente diferente para la misma concentración de oxígeno en función del gas portador. Será necesario corregir esta diferencia si el gas portador de medición es diferente del gas portador de calibración.

Para más información y cálculos, descargue la nota de debate completa.

Gases aceptables para el flujo de medición de oxígeno

Las células electroquímicas son muy tolerantes a muchos componentes de la corriente de gas que requiere la medición. Esto hace que estos analizadores sean especialmente adecuados para las mediciones en hidrocarburos, hornos y estufas de soldadura, donde puede haber muchos contaminantes. Sin embargo, algunos compuestos interfieren en el funcionamiento de la célula y otros acortan su vida útil al reaccionar con los componentes de la misma.

Los disolventes son un problema particular, ya que a menudo atacan los materiales de la célula, haciendo que el capilar se hinche e impidiendo que el oxígeno llegue a la célula. Deben evitarse las corrientes de gas que contengan disolventes.

Los gases ácidos pueden interferir en el funcionamiento del electrolito, impidiendo de nuevo que el oxígeno se mida correctamente. También deben evitarse las corrientes de gas que contengan compuestos ácidos o corrosivos.

Las listas siguientes describen algunos de los gases que se miden con éxito con los analizadores de pilas de combustible Systech y algunos de los gases problemáticos conocidos.

Gases aceptables
Nitrógeno, Argón, Helio, Hidrógeno*, Xenón, SF6, Butadieno*, Etileno*, Acetileno*
* Utilizar la celda H2

Cuidados especiales requeridos Gases a evitar
Dióxido de carbono (sólo en bajas concentraciones)
Monóxido de carbono* (Reduce la vida útil de la célula)
Cloro (Cl2), amoníaco, acetaldehído*, glicol de etileno*, formaldehído*, cloruro de vinilo*, metil-dioxolano*, sulfuro de hidrógeno (H2S)
* Aceptable si la concentración es inferior a 5ppm

Para aplicaciones con gases distintos de los indicados, ponte en contacto con Systech para que te asesore.

Aplicaciones industriales de los analizadores electroquímicos de oxígeno

Los analizadores electroquímicos Systech son utilizados por productores de gases industriales, usuarios de gases industriales y para el control de la seguridad.

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