¿Qué es una Sonda Lambda?
Las sondas lambda son dispositivos utilizados para medir la concentración de oxígeno en la atmósfera de un espacio determinado.
En entornos cerrados y aislados, es de suma importancia medir con precisión la concentración de oxígeno para garantizar las funciones vitales. Las sondas lambda desempeñan un papel crucial en la medición de esta concentración.
Cuando los niveles de oxígeno disminuyen por debajo del 15%, las personas experimentan dificultades respiratorias; por debajo del 7%, se ven afectadas las funciones cerebrales; y por debajo del 4%, se considera que se produce la muerte. Los sensores de oxígeno son indispensables en diversos campos científicos e industriales, y se han desarrollado una amplia gama de sistemas y condiciones de medición para satisfacer los requisitos específicos de estos ámbitos.
Un ejemplo común de sensor es el sensor de óxido de circonio, que también se utiliza en el control de productos en la fabricación de semiconductores, la eficiencia energética de los automóviles, entre otros, así como en la purificación de gases de escape.
Usos de las Sondas Lambda
Las sondas lambda desempeñan un papel crucial en la medición y control de la concentración de oxígeno en diversas aplicaciones. Estas aplicaciones se dividen en dos funciones principales: prevención de la deficiencia de oxígeno y control de la concentración de oxígeno en procesos industriales.
1. Prevención de la Deficiencia de Oxígeno
En el ámbito de la seguridad, las sondas lambda se utilizan para prevenir la falta de oxígeno en situaciones críticas. Por ejemplo, en obras de ingeniería civil como túneles y construcciones subterráneas, así como en entornos médicos como la gestión de la inhalación de oxígeno y la reanimación hiperbárica. Estos productos pueden ser portátiles o instalados de forma fija en la infraestructura.
2. Control de la Concentración de Oxígeno
En la industria química, cerámica y metalúrgica, las sondas lambda desempeñan un papel vital en el control de procesos durante la fabricación de productos industriales. Estos procesos a menudo se llevan a cabo en entornos de alta temperatura durante tratamientos térmicos.
Un ejemplo común de uso de las sondas lambda en nuestra vida cotidiana es en los motores de automóviles y motocicletas. Al detectar la concentración de oxígeno en los gases de escape, las sondas lambda contribuyen al ajuste preciso de la concentración de combustible, mejorando así la eficiencia y reduciendo las emisiones.
Principio de las Sondas Lambda
Los principios de medición de las sondas lambda incluyen el tipo de célula galvánica, el tipo de electrolito individual de circonio, el tipo magnético y el tipo de espectroscopia láser semiconductora de longitud de onda sintonizable.
1. Tipo de Pila Galvánica
El tipo de pila galvánica tiene una estructura sencilla y se utiliza en los medidores de oxígeno portátiles. Consta de electrodos de oro y plomo, una membrana de resina y electrolito, y utiliza un mecanismo por el que se genera una corriente eléctrica en función de la concentración de oxígeno cuando éste atraviesa la membrana y se disuelve en el electrolito.
El sistema de electrolito individual de óxido de circonio utiliza óxido de circonio como electrolito sólido. El óxido de circonio es capaz de conducir iones de oxígeno negativos (O2-) en estado sólido, permitiendo que los iones se desplacen desde una región con alta concentración de oxígeno (lado de alta presión de O2) hacia una región con baja concentración de oxígeno (lado de baja presión de O2).
En un sensor de oxígeno electrolítico de óxido de circonio, se colocan electrodos en el lado de alta presión de O2 y en el lado de baja presión de O2, respectivamente, estableciendo una conexión eléctrica entre ellos. A medida que el O2 intenta penetrar en el óxido de circonio en forma de iones negativos, los electrones son capturados en el electrodo del lado de alta presión de O2 y se convierten en iones negativos. Por otro lado, en el lado de baja presión de O2, los electrones son capturados y se convierten en iones negativos, recibiendo electrones del O2- transmitido.
Esta relación es similar a la existente entre los electrodos positivo y negativo de una pila: los electrones liberados en el lado de baja presión de O2 (electrodo negativo) fluyen de regreso hacia el lado de alta presión de O2 (electrodo positivo). La fuerza electromotriz generada entre los electrodos puede utilizarse para determinar la presión parcial de oxígeno en cada electrodo utilizando una relación conocida como ecuación de Nernst.
E= (RT/4F) · 1n (PA/PB)
donde R es la constante del gas, T es la temperatura, F es la constante de Faraday y PA y PB son las presiones parciales de oxígeno en los lados de alta y baja presión de O2 respectivamente. La temperatura se mide mediante un termopar instalado en la zirconia y PA se basa en la presión parcial de oxígeno en atmósfera normal.
Más Información sobre las Sondas Lambda
Deterioro de las Sondas Lambda
Las sondas lambda de óxido de circonio utilizadas en los procesos de fabricación industrial están sometidas a deterioro. Se utilizan en entornos de alta temperatura y diversos gases también pueden degradar o afectar a la célula de óxido de circonio. Los gases reductores, como los halógenos, son otro factor que puede causar degradación.
En aplicaciones de automoción, una sonda lambda degradada o averiada puede provocar un aumento de sustancias tóxicas en los gases de escape. El consumo de combustible también puede deteriorarse si el combustible es más concentrado de lo necesario; cuando el sensor de O2 se deteriora, la pieza debe ser sustituida por un concesionario o taller de servicio.