Seminario Ciencias de los Materiales II SENSORES DE GASES Y SU APLICACION EN AUTOMOVILES

INTRODUCCION Vehículos de motor producían 200 millones de polución por año solo en Estados Unidos . Tomando en cuenta que esto significaba un riesgo para la salud en EE.UU, se intento reducir las emisiones de la polución de automóviles y otros vehículos en un 90 por ciento. El desarrollo de sensores de oxígeno y convertidores catalíticos, ambos fabricados totalmente de cerámicas, ayudo a los fabricantes de autos a lograr la meta en menos de 10 años

Todo automóvil que contenga combustión interna en EE Todo automóvil que contenga combustión interna en EE.UU, Europa, y Japón deben tener incorporado, por ley, sensores de oxígeno . Montado en el tubo de unión múltiple de la descarga, un sensor de oxígeno continuamente monitorea él oxigeno contenido en los gases que salen del auto Este volumen de oxígeno indica cómo eficazmente se quema el combustible y como funciona el motor Si el signo indica que el motor no esta operando con la eficiencia máxima, el sistema eléctrico reajusta la cantidad de aire que se mezcla con el combustible, de manera que el motor trabaje continuamente en condiciones óptimas

Gracias al sensor de oxigeno se aumento el rendimiento del automóvil. El elemento clave en un sensor de oxígeno es la zirconia, ésta, en lugar de conducir electrones como lo hacen los metales conduce iones de oxígeno Estos productos combinaron sistemas cerámicos y pueden llegar a ser tan eficaz que podrían hacer que las emisiones que salen de nuestros autos sean más limpias que el aire que entra a ellos.

Sensores de Oxigeno Miden el contenido de oxigeno en el producto de la combustión interna de motores de automóviles Responden a los cambios de la presión parcial de oxigeno en milisegundos Se basan en dos principios

Sensores basados en la conducción del ion de oxigeno Principio Principio de la concentración celular en el cual el conductor del ion de oxigeno actúa como electrolito Ventajas Medida rápida y continua Se puede usar para sistemas de control eléctrico Exactitud Diseño simple Poca dependencia de la temperatura

Sensores basados en la conducción del ion de oxigeno Electrolito Zirconia Alta conductividad Electrodo Platino Ventajas Estabilidad a altas temperaturas Inercia Características Catalíticas Desventajas Alto costo Volátil a altas temperaturas Crecimiento del grano durante largo uso

Sensores basados en la conducción del ion de oxigeno Funcionamiento Sitúa el sensor a la salida del gas Efectúan mediciones Diferencia parcial de temperatura Diferencia parcial de presión de oxigeno Procesa la señal eléctrica producida por el ion de oxigeno en los sistemas de control electrónico

Sensores basados en semiconducción Un oxido de metal que cambia valencia dependiendo del ambiente que rodea al oxigeno presenta cambios en su resistencia eléctrica y es candidato a la detección de oxigeno.Ejemplo el Titanio

Sensores basados en semiconducción Principio La resistencia eléctrica del titanio varia con la presión parcial del oxigeno y con la diferencia de temperatura Electrolito zirconia

Sensores basados en semiconducción Electrodo Terminales de componentes metálicos que consisten en los alambres de platino que se embuten en el titanio. Funcionamiento Se basa en cambios en la resistencia de la mezcla de aire y combustible. Diseño simple y bajo costo Su funcionamiento depende de la composición y porosidad de la cerámica Menor tiempo de reacción

Aplicacion en automoviles Este asunto se ha repasado recientemente y solamente los toques de luz se cubren aquí. Los sensores del Oxígeno han sido usados por mas de una década para el control de la relación de transformación del aire-combustible (A/C) en motores automotores Los sensores de Zirconia son utilizados predominante, seguido por los sensores del Titanio

El elemento del sensor es cubierto generalmente por una capa porosa de Alúmina o de rubí sintético o de una cubierta metálica para reducir al mínimo la degradación del electrodo externo por los componentes de los gases de escape. Los nuevos sensores de bombeo del Oxígeno se están desarrollando para funcionar por sobre una amplia gama de los valores de A/C. La salida de estos sensores es independiente del caudal y de la presión del gas. Estos sensores tienen un calentador incorporado y exhiben tiempos de reacción de 100 a 300 ms.

Los progresos futuros están hacia los sensores que funcionan sobre un rango amplio de A/C y son fabricados por tecnología planar de película fina.

CONCLUSIONES Sensores basados en iones conductores de Oxígeno dopados con Zirconia son confiables, exactos, y relativamente baratos y por lo tanto se utilizan regularmente para controlar combustible consumo y emisión gaseosa en motores de automóviles . Los nuevos progresos tienen como objetivo el mejorar de la confiabilidad, en la reducción del costo y en ampliar la aplicabilidad de estos sensores