Diseño y fabricación de un sensor de oxígeno para un horno con atmósfera controlada

Abstract

Este trabajo se centró en el diseño y fabricación de un sensor de oxígeno específicamente diseñado para operar en un horno con atmósfera controlada de la facultad, con el objetivo general de desarrollar un dispositivo funcional en condiciones de altas temperaturas, entre 700 y 1000°C. Para alcanzar este objetivo, se optó por un sensor potenciométrico debido a su simplicidad y costo-efectividad. Se seleccionaron materiales clave como electrodos y cables de platino por su alta conductividad y resistencia a la temperatura, además de un electrolito de 3YSZ y un disco de 8YSZ para la separación de las cámaras de gases. Los métodos de fabricación incluyeron el uso de una máquina CNC para la precisión en la forma de las piezas, junto con perforaciones y roscas realizadas con broca y terraja respectivamente.

El sensor fue ensamblado y sometido a pruebas para evaluar su desempeño en diferentes condiciones, incluyendo flujos de 2, 4 y 6 litros estándar por minuto (SLM) y temperaturas de 700°C, 800°C y 900°C. Los resultados demostraron que el sensor posee una alta sensibilidad para detectar concentraciones de oxígeno tanto superiores como inferiores a la ambiental. Sin embargo, es necesario renovar manualmente el aire de la cámara de referencia para evitar mediciones incorrectas, ya que los cambios en la concentración pueden ocurrir debido a la transferencia de oxígeno entre las cámaras. Otra complicación encontrada en las pruebas fue la limitada capacidad para diferenciar entre niveles de oxígeno superiores a los del ambiente, lo cual presumiblemente ocurre debido a la saturación de la superficie con oxígeno absorbido.

Se concluye que los objetivos planteados en este trabajo fueron alcanzados con éxito. La tecnología seleccionada, los materiales empleados, los métodos de fabricación aplicados y las pruebas realizadas cumplieron con las expectativas para el desarrollo de un sensor funcional en hornos con atmósfera controlada.

Para abordar las limitaciones identificadas, se propone realizar estudios adicionales utilizando concentraciones de oxígeno conocidas sin flujos externos y repetir los experimentos de este estudio con flujos a alta temperatura. Estas acciones permitirán ajustar y optimizar el sensor, mejorando su precisión y aplicabilidad, ofreciendo una solución más robusta para la detección de oxígeno en el horno con atmósfera controlada.