¿Qué es un Pulsioxímetro?
El pulsioxímetro es un instrumento de medición utilizado para determinar la concentración de oxígeno en el aire.
A veces se denominan sensores de oxígeno o monitores de oxígeno. Controlar la concentración de oxígeno en el ambiente es extremadamente importante porque el oxígeno es esencial para la vida humana.
También hay muchos casos en los que se requiere un control preciso de la concentración de oxígeno en diversos campos científicos e industriales, y los instrumentos se fabrican para adaptarse a diferentes aplicaciones.
Usos de los Pulsioxímetro
Los pulsioxímetro se utilizan en las dos categorías generales siguientes:
- Control (detección y seguimiento) de las concentraciones de oxígeno con el fin de prevenir la deficiencia de oxígeno.
- Control de la concentración de oxígeno, por ejemplo en procesos industriales.
En la prevención de la deficiencia de oxígeno, la concentración de oxígeno se controla con el fin de mantener la vida en espacios cerrados como túneles. Se dice que si la concentración de oxígeno desciende por debajo del 15%, una persona tendrá dificultades para respirar, si desciende por debajo del 7%, la función cerebral se verá afectada y si desciende por debajo del 4%, se producirá la muerte. El equipo puede ser portátil o estar montado en la pared.
En algunos procesos industriales de tratamiento térmico, como en la industria química, la cerámica y los metales, la concentración de oxígeno debe mantenerse baja. Los procesos de combustión en hornos industriales también requieren la supervisión y el control de las concentraciones de oxígeno para optimizar la eficacia de la combustión y el proceso redox. El pulsioxímetro para estos fines industriales debe ser duradero frente a entornos agresivos, como los campos de reacción química a alta temperatura.
Principio del Pulsioxímetro
Los dos principios de funcionamiento principales del pulsioxímetro son el “tipo de célula galvánica” y el “tipo de electrolito sólido de circonio”. Otros tipos son el “tipo magnético” y el “tipo espectrómetro láser semiconductor de longitud de onda regulable”.
1. Tipo de Célula Galvánica
Consta de una membrana de plástico que deja pasar el oxígeno del exterior, electrodos de oro (Au) y plomo (Pb) y una solución electrolítica (solución de hidróxido de potasio). En cada electrodo se producen las siguientes reacciones
- Ánodo: Pb + 2OH- → Pb2+ +H2O + 2e-
- Cátodo: O2 + 2H2O + 4e- → 4H2O
Los electrones emitidos en el ánodo llegan al cátodo, donde el oxígeno tomado del aire absorbe los electrones emitidos en el ánodo. Este flujo de electrones (corriente) es proporcional a la concentración de oxígeno, por lo que la concentración de oxígeno puede medirse midiendo la corriente. Esta reacción se produce espontáneamente y no requiere una fuente de alimentación para accionar el sensor.
2. Sistema de Electrolito Sólido de Circonio
Este método utiliza una célula de óxido de circonio, aprovechando el hecho de que el óxido de circonio presenta las propiedades de un electrolito sólido a temperaturas superiores a 500ºC.
La zirconia puede conducir iones negativos de oxígeno (O2-) en estado sólido, y estos iones se conducen desde un gas con una alta concentración de oxígeno (en el aire) a una atmósfera con una baja concentración de oxígeno (por ejemplo, en un horno industrial).
Esta conducción iónica genera una diferencia de potencial, y se instalan electrodos en el lado de alta concentración de O2 y en el lado de baja concentración de O2, respectivamente, para generar una fuerza electromotriz. La relación es como la de los electrodos positivo y negativo de una pila.
- Lado de alta concentración de O2: O2 + 4e- → 2O2-
- Lado de baja concentración de O2: 2O2- → O2 + 4e-
La emf generada entre los electrodos obedece a la ecuación de Nernst (ver más abajo), por lo que se puede determinar la presión parcial de oxígeno en cada electrodo.
- E=(RT/4F)-ln(PA/PB)
- (R: constante del gas, T: temperatura, F: constante de Faraday, PA: presión parcial de oxígeno a alta concentración (en el aire), PB: presión parcial de oxígeno a baja concentración)
La temperatura se mide mediante termopares instalados en la zirconia.
En atmósferas inferiores a 400 °C, el gas objetivo se introduce en el dispositivo a través de un tubo de muestreo y la célula de óxido de circonio se calienta a una temperatura predeterminada mediante un calentador de platino o similar (método de muestreo). Esto se debe a que la zirconia requiere una temperatura de 500 °C o superior para funcionar como electrolito sólido.
Cómo elegir un Pulsioxímetro
Para prevenir la deficiencia de oxígeno y mantener bajas las concentraciones de oxígeno en los procesos industriales se deben utilizar distintos pulsioxímetros.
Los medidores de oxígeno portátiles y fijos diseñados para prevenir la deficiencia de oxígeno funcionan con pilas galvánicas, que no necesitan una fuente de alimentación para accionar el sensor. Se estima que la vida útil del sensor es de aproximadamente 2 a 3 años. Sin embargo, el entorno utilizable se limita a atmósferas próximas al entorno general, y la precisión es de ±0,5% de O2. Algunos productos son a prueba de explosiones.
Por otra parte, los productos basados en óxido de circonio se utilizan para medir las concentraciones de oxígeno en procesos industriales a alta temperatura, como hornos industriales, etc. En atmósferas superiores a 700 °C, se utiliza el tipo de inserción directa, en el que la pieza del sensor se inserta directamente en la atmósfera, mientras que por debajo de 400 °C, el gas atmosférico del horno se aspira a través de tubos de muestreo, etc. y se utiliza una célula de óxido de circonio independiente. Por debajo de 400 °C, es adecuado un método de muestreo en el que el gas atmosférico del horno se aspira a través de un tubo de muestreo, etc., y la célula de óxido de circonio se calienta por separado.