VARIABLES FISICAS

-PESO

El peso de un cuerpo es la fuerza con que es atraído con la tierra. La relación entre la masa del cuerpo, es decir, la cantidad de materia que contiene, y su peso viene dado por la expresión.

P = mg.

Donde:

P = peso

m = masa

g = aceleración debido a la gravedad.

Como las masas de un cuerpo son constantes y la aceleración de la gravedad varía con lugar (es de 9.78 en el ecuador y 9.83 en los polos) y también con la altura, es obvio que el peso del cuerpo varia según el lugar de la tierra y la altura a que esté sobre el nivel del mar.

Esto es evidente efectuado la medida con una balanza ó resorte, sin embargo, en una balanza clásica de cruz, la medida se efectúa como comparación con pesos conocidos y como éstos están sometidos también a la misma fuerza de gravitación, la lectura será independiente de lugar donde se realiza la medición. Así mismo como los demás tipos de básculas se ajustan usualmente con pesos patrón, las medidas realizadas serán también independientes de las variaciones de g con la altura y con el lugar de la tierra donde estén instaladas. Otro factor que actúa en la medición es la diferencia de empuje del aire.

En la industria interesa determinar el peso de las sustancias en las operaciones de inventario de materias primas, de productos finales, en la mezcla de ingredientes, etc.

Existen varios métodos para medir el peso:

• Comparación con otros pesos patrones (balanza y báscula).

• Células de carga a base de galgas extensiométricas.

• Células de cargas hidráulicas.

• Células de cargas neumáticas.

La comparación con otros patrones la realizan las balanzas y las básculas.

La balanza clásica está constituida por una palanca de brazos iguales llamada cruz que apoyan en el centro y de cuyos extremos cuelgan dos platillos que soportan los pesos. Puede medir desde unos pocos gramos hasta 300 Kg. Su campo de medida llega hasta 40 Kg. Y se emplean en las operaciones de llenado o de comprobación de pesos de objetos determinados.

Las balanzas y las básculas son sencillas y de gran precisión pudiendo alcanzar las primeras del = 0.002 al 0.05% y las segundas el 0.1%. Sin embargo, presenta los inconvenientes de su lente velocidad de respuesta, la posible corrosión que a taca al juego de las palancas en particular lo puntos de apoyo y que se debió a la suciedad, al polvo, a los vapores y a la humedad presentes en los ambientes industriales y a l desgaste de las piezas móviles, lo que redunda en perjuicio de las pesadas.

La célula de carga de base de galgas extensométricas. Consiste esencialmente en una célula que contiene una pieza de elasticidad conocida (tal como el acero de módulo de elasticidad 2.1 x 106 kg/cm2) capaz de soportar la carga sin excederse de su limite de elasticidad. La tensión o la compresión a que el peso somete a la célula de carga, hace variar a la longitud de hilo metálico y modificar por lo tanto su resistencia eléctrica.

La galga o conjunto de galgas forman parte de un puente de Wheastone y es fácil determinar éstas variaciones de resistencias. Por otro lado, como se conoce el módulo de elasticidad de la pieza de acero de la célula, el puente puede calibrarse directamente en unidades de tensión, es decir, en Kg/cm2 y al ser conocida la superficie de apoyo puede encontrarse inmediatamente el peso total que descansa sobre las células de carga.

Las galgas extensiométricas se prestan a la transmisión electrónica de la pesada. Un sistema de pasaje electrónico con células extensométricas está formado por un conjunto de células de carga, un puente de medida, y en caso necesario la tara del objeto o producto que pesa.

Las células están protegidas contra la humedad y el polvo, tienen una precisión de 0.2%, admiten indicación a distancia y puede medir pesos de 20Kg. a más de 150 t. Necesitan compensación de temperatura del hilo de la resistencia y de la pieza de acero deformable y son relativamente caras.

Las Células de carga hidráulicas. Consisten en un pistón sobre el que apoya la carga, que ejerce una presión sobre el fluido hidráulico. Según la carga y de acuerdo al área del pistón se crea una presión en el aceite que puede medirse por medio del manómetro de Bourdon y que por lo tanto refleja indirectamente la carga. Sumando las presiones hidráulicas de varias células de carga y aplicándola a un transmisor electrónico e equilibrio de fuerzas se obtiene una señal eléctrica que puede leerse en un indicador digital y utilizarse en sistemas de pesaje electrónicos.

Las células de cargas hidráulicas se fabrican para unas capacidades de carga de 40 Kg. hasta 90 t son de respuestas rápida (menos de 2 segundos), su precisión es de 0.2%, admiten sobrecarga hasta el 40%, pueden fabricarse a prueba de explosión y son resistentes a vibraciones.

Consisten en un transmisor neumático de carga en el peso situado en la plataforma de carga se compara con el esfuerzo ejercido por un diagrama alimentado a una presión de tarado ajustable.

El sistema adopta una disección de equilibrio gracias al conjunto toberaobturador y a la cámara de realimentación del transmisor. La presión del aire alcanzada en ésta cámara indica el peso. La capacidad de carga de las células neumáticas varían de 10kg. a 10t, poseen una precisión de 0.2% y se adaptan fácilmente al control neumático con el inconveniente de precisar de aire comprimido de instrumentos.

TABLA 1. SISTEMAS DE MEDIDA DE PESO.

SISTEMA	CAPACIDAD	PRECISIÓN %	VENTAJAS	DESVENTAJAS
Balanza	Gramos a 300 kg.	0,002-0,05	Simple, precisa, barata	Lenta, corrosión local
Báscula	Gramos de toneladas	0.1	Simple, precisa barata	Lenta, corrosión local
Galga extensométrica	20kg.- 400 t	0.02, 0.2	Instalación simple. Indicación a distancia, protegida contra la corrosión.	Caras, compensación temperatura.
Célula hidráulica	40kg. - 90 t	0.2	Instalación simple, resistente a vibración, admite 400% sobrecarga a prueba explosión indicación a distancia.	Caras, transmisor electrónico para sumar señales de varias células afectas por la temperatura calibración frecuente
Célula neumática	10kg. - 10 t	0.2	Se adapta a control neumático. Indicación a distancia.	Aire instrumentos Afectada por la temperatura calibración frecuente.

-VELOCIDAD

La medición de la velocidad en la industria se efectúa de dos formas, con tacómetros mecánicos y con tacómetros eléctricos detectan el número de vueltas del eje de la máquina por medios exclusivamente mecánicos pudiendo incorporar o no la medición conjunta del tiempo para determinar el número de revoluciones por minuto (r.p.m.), mientras que los segundos captan la velocidad por sistemas eléctricos.

Para usos industriales se sueles utilizar los tacómetros eléctricos por que permiten la transformación directa de la señal para alimentar los instrumentos registrados o controladores del panel.

Tacómetros mecánicos:

El tacómetro mecánico más utilizado es el típico controlador de revoluciones empleadas para medir localmente la velocidad de rotación de toda clase de máquinas o dispositivos giratorios. Este controlador consiste básicamente en un eje elástico determinado en punta que se apoya sobre el centro de la pieza giratoria. El eje elástico se mueve a través de un tren de engranes dos diales calibrados concéntricos. Cada división del día exterior representa una vuelta del eje giratorio mientras que el dial interior una división da una revolución del día exterior; conocido el tiempo de trabajo del contador, medido mediante un cronómetro, es fácil calcular la velocidad media en r.p.m.

Los tacómetros centrífugos: se basan en el volante centrífugo clásico empleado inicialmente en las calderas del vapor. Dos pesos rotativos articulados a un eje giratorio aumentan su radio debido a la fuerza centrífuga y comprimen un resorte. La medida de la compresión del resorte leída en una escala representa la velocidad de giro del eje. La velocidad límite que pueden medir estos instrumentos es de más de 40,000 r.p.m., con una precisión de 1%. Estos aparatos pueden disponer de transmisión hidráulica o neumática.

Tacómetros eléctricos:

Los tacómetros eléctricos emplean un transductor que produce una señal análoga o analógica como conversión de la velocidad de giro del eje de la máquina. Existen tacómetros según los transductores.

Tacómetro de corrientes parásitas: En el que el eje de la máquina hace girar un imán dentro de una copa de aluminio. El giro del imán induce corrientes parásitas en el aluminio que crean un par resistente proporcional a la velocidad. Un resorte frena el cabezal de aluminio quedando éste en una posición que se señala en un diodo. De éste modo funciona el tacómetro eléctrico empleado en un automóvil, en alimentación la máquina hace girar el imán permanente a través de un grupo generador de motor síncrono, mientras que en la máquina del ferrocarril se utiliza un rotor que produce un campo magnético giratorio. El cambio de medida es de 0-15,000 r.p.m.

El tacómetro de corriente alterna: Consiste en un estator embobinado multipolar en el que el rotor de paso de imán y por lo tanto el giro en r.p.m. del eje de la máquina.

El tacómetro de frecuencia o frecunciametro: Mide la frecuencia de la señal de c.a. captada por transductores del tipo electromagnético, capacitivo u óptimo que dan impulsos cuyo número es proporcional a la velocidad de giro de la máquina. El transductor no tiene contacto mecánico con el eje rotativo.

-Densidad R y Peso específico (g).

La densidad o masa específica de un resorte se define como su masa por unidad de volumen, expresándose normalmente en gm/cm3. Como la densidad varía con la temperatura y con la presión (los gases) sé específica para un valor base de temperatura que en los líquidos suele ser de 0° c o de 15° C y en los gases es de 1 atmósfera. La densidad relativa es la relación para iguales volúmenes de las masas del cuerpo y del agua a 4° en el caso de líquidos, y en los gases la relación entre la masa del cuerpo y la del aire en condiciones normales de presión y de la temperatura (0° y 1 atm.).

El peso específico es el peso del fluido por unidad de volumen. Por lo tanto, entre el peso específico y la densidad existirá la relación.

Peso específico = densidad x g.

Siendo g la aceleración de la gravedad. Si el peso específico (g) y la densidad R se refiere al agua en el caso de los líquidos o al aire en el caso de los gases (densidad relativa), como g tiene I mismo valor en el lugar donde se efectúa la medición resultará que el peso específico relativo será igual a la densidad relativa.

Peso específico del agua = densidad del agua x g.

En los procesos industriales la densidad es una variable cuya medida es a veces vital. Tal vez en el caso de la determinación de la concentración de algunos productos químicos como el ácido sulfúrico, la medida exacta del caudal en vapores o gases que vienen influida por la densidad, la medida de la densidad en un producto final que garantiza las cantidades de los ingredientes que intervienen en la mezcla, etc.

-Medida de la densidad.

Aerómetros.

Los aerómetros consisten en un flotador lastrado en su parte inferior con vástago superior graduado. El aparto se sumergirá hasta que si peso es equilibrado por el líquido que desaloja hundiéndose en cualquiera de las unidades anteriores. Incorporándose un transductor de inductancia variable con la armadura fija en la parte inferior del flotador y con la bobina dispuesta en el exterior del recipiente es posible transmitir eléctricamente a distancia la densidad siempre que mantenga una altura constante del líquido con un rebosadero.

Una variable del airómetro anterior consiste en un flotador con un lastre en forma de cadena sujeta a un punto fijo del recipiente. El flotador completamente sumergido dentro del líquido y según su densidad se sumerge más o menos variando proporcionalmente el peso específico de la cadena.

La precisión general de los aerómetros es de 1 a 3% y admiten presiones y temperaturas máximas de servicio de 6- 8 kg/cm2 y de 120-130°C. Son aptos para trabajar con líquidos limpios.

Métodos de presión diferencial.

En este sistema se fijan dos puntos en el tanque o en una tubería vertical del proceso y se les conecta un instrumento de presión diferencial, bien directamente o bien a través de una cámara de medida.

La presión diferencial medida por el instrumento es:

P = hg.

En el caso de fluidos no demasiados limpios, muy viciosos o corrosivos, existe el riesgo de que las conexiones del instrumento se obture o se destruyan. En este caso puede emplearse el sistema de purga de aire o de gas e incluso de líquido a través de dos tuberías colocadas en el seno del líquido y cuyos extremos están separados a una distancia fija.

En otro sistema utilizado en cámaras de medida a presión atmosférica se llena el ramal de menor presión del instrumento con líquido de altura constante que sirve como referencia. Dos casos pueden presentarse: que la densidad del líquido de referencia sea mayor o sea menor que líquido del proceso. Para simplificar el ajuste y la calibración del instrumento, se acostumbra a igualar la altura de referencia a la presión ejercida en la mayor forma inferior por el líquido de menor densidad.

En cambio, si por exigencia físicas del proceso, la altura de referencia es distinta de 0.747m y se fija por ejemplo en 0.9m, resulta; presión diferencial del instrumento con el líquido de menor densidad.

Método de desplazamiento.

En este sistema se emplea un instrumento de desplazamiento de torsión o barra de torsión parecido si es utilizado en la medición de nivel de líquidos. El flotador está totalmente sumergido en el líquido y está equilibrado exteriormente para que el par de torsión desarrollado represente directamente la densidad del líquido.

El método de desplazamiento tiene una presión de 1% con una amplitud de medida de densidad que puede llegar hasta un mínimo de 0.005. Las presiones y las temperaturas de servicio alcanzan los 40 kg./cm2 y 200° C. Este sistema puede emplearse en líquidos limpios no siendo adecuado en líquidos pegajosos o que tengan sólidos en suspención ya que podrían adherirse al flotador y falsear la medida.

Refractómetro.

Los Refractómetros se utilizan en los fluidos limpios. Consisten en una fuente luminosa de filamento de tungsteno que inciden en el líquido con un ángulo determinado tal que la reflexión de la luz pase a la refracción. El haz luminoso se enfoca en un prisma rotativo que barre el líquido del proceso. La refracción que se presenta cuando el rayo luminoso incide con el ángulo crítico se detecta una cánula fotoeléctrica y la señal se amplifica para su registro y control correspondiente.

Los refractómetros no son influidos por los sólidos no disueltos no por el aire en solución. Su campo de medida es de 0.004 y su precisión es de 0.0001 g/cm3. Los líquidos pegajosos o con sólidos en suspensión pueden recubrir el prisma y éste precisa entonces de una limpieza periódica. Se utilizan en evaporadores.

Método de Radiación.

El método de radiación se basa en la determinación del grado con que el líquido. Físicamente es inversamente proporcional a la densidad del líquido. Físicamente, el instrumento consiste en una tubería o en el tanque a cuyo través para el líquido, con la fuente blindada dispuesta en la parte exterior de la tubería o del tanque y con el receptor de la radiación instalado en la parte opuesta. Las conexiones eléctrica del receptor van a un registro o controlador situado en el panel de control.

La precisión en la medida es de ± %, el campo de medida mínimo de densidad es de 0.05 y el instrumento puede emplearse para todo tipo de líquidos ya que no está en contactos con ellos.

Método de punto de ebullición.

En este sistema que se mide la diferencia de temperaturas entre el punto de ebullición del líquido que está concentrado y el punto de ebullición del líquido que se está concentrando y el punto de ebullición del agua en las mismas condiciones de presión. Esta diferencia de temperaturas es función de la densidad del líquido y se miden mediante ondas de resistencias inmersas una en líquido y otra en el agua, conectadas una a un instrumento diferencial de puente de Wheatstone graduado directamente en densidad.

Método de tubo en U.

El método de tubo en U se utiliza en la medida de la densidad de líquidos y los gases. El tubo que tiene forma de U incorpora una medida rígida situada dentro del campo de una bobina excitadora alimentada por una función de la masa del fluido contenida en el tubo y por tanto de su densidad.

Esta vibración induce una corriente alterna en una bobina receptora y esta corriente es convertida a una señal de c.c. y encía a una controlador o registrador. En el convertidor c.a. /c.c puede conectarse a una sonda de resistencia montada en un tubo U para compensar las vibraciones de la temperatura.

El campo de medida mínimo del instrumento es de 0.05, su precisión varía de 1 a 3% y puede trabajarse a unas presiones y temperaturas mínimas de 70kg/cm2 y 150° C con fluidos viscosos y corrosivos gracias al material del tubo en U. Algunos fluidos tienen la tendencia a recubrir el tubo a pesar de la vibración a la que está sometido y obliga a parar el proceso para limpiar el tubo.

Medidor de balanza en gases.

El medidor de balanza empleado en los gases es un sistema muy sensible que se basa en la aplicación del principio de Arquímedes. En el interior de una cámara en la que puede entrar el gas a medir se encuentra en una masa formada por una esfera llena de aire o de gas patrón a de referencia que se apoya en su centro y lleva en el otro un contrapeso. El gas al circular dentro de la cámara desequilibra la balanza y transmite éstas desviaciones a través de una acoplamiento magnético al sistema de indicación o de registro.

El medidor de arrastre consiste en dos hélices que giran, dentro de una cámara por la que circula una muestra de gas a medir, y la otra en aire. Los pares desarrollados por ambas hélices se comparan a través de un juego de palancas y esta relación equivale al cociente entre la densidad del gas y la del aire, es decir, a la densidad relativa. El instrumento e simple y de respuesta rápida, su precisión es de 0.01.

-Humedad y punto de rocío.

Las variables humedad y punto de rocío son de extraordinaria importancia en la industria y se utiliza en el acondicionamiento de aire, en atmósferas protectoras empleadas en tratamientos térmicos, en secadores y humidificadores en la industria textil, la observación de fibras, etc.

Varios térmicos se emplean al hablar de humedad o de punto de rocío en el aire o en los gases.

Humedad absoluta: Cantidad de agua en kg. por kg. de aire seco.

Porcentaje de humedad: Cociente multiplicado por 100 entre la cantidad en kg. del vapor de agua contenido en 1 kg. de aire seco y la cantidad en kg. del vapor de agua contenido en 1 kg. de aire seco si el aire está en condiciones de saturación.

Humedad relativa: Es el cociente entre la presión parcial del vapor de agua a una temperatura t0 y la presión total del vapor de saturación y a la misma temperatura t0. Equivale al porcentaje de humedad.

Temperatura Seca: Temperatura del aire medida con un termómetro con bulbo seco, es decir, en contacto directo de la atmósfera.

Temperatura húmeda: En la temperatura de equilibrio dinámico alcanzado en una superficie húmeda cuando se le expone al aire. Puede medirse con un termómetro cuyo bulbo está en ambiente de saturación lo que se consigue envolviéndolo con un paño que se mantiene húmedo continuamente (bulbo húmedo).

Punto de rocío: Es una temperatura límite a la que el vapor de agua existente en el aire o en el gas se condensa pasando al estado líquido.

Para los sólidos, la humedad puede venir expresada en varias formas:

Contenido de humedad: Expresado tanto por ciento, es la cantidad de agua existente en las sustancias sólidas por unidad de peso o de volumen del sólido seco o húmedo. El término se aplica con preferencia en la relación al sólido, es decir, viene expresado en base seca.

Contenido de humedad comercial: Contenido de humedad expresado en Kilogramo de agua por kilogramo de material al salir éste del proceso de secado.

-DETERMINACIÓN DE LA HUMEDAD EN EL AIRE Y EN LOS GASES.

Método del elemento del cabello (o nailon): Se basa en la expansión o contracción lineal que son características de los elementos sensibles a las variaciones de humedad, tales como los cabellos naturales o de fibra de nylón.

Su presión es de orden de 3 a 5% y su campo de medida es de 15 a 95% H.R.

Bulbo seco o húmedo: Este instrumento se basa en la captación de la temperatura ambiente o seca y de la temperatura húmeda mediante dos termómetros, uno seco y otro con bulbo constantemente húmedo.

Observando en el diagrama psicométrico las temperaturas del bulbo seco y húmedo sobre las líneas correspondientes, se obtiene por intersección la humedad relativa.

Célula de cloruro de litio: Clase de cloruro de litio para medir la humedad relativa y consiste en una célula embebida en cloruro de litio con rejilla de lámina de oro. La sal tiene la propiedad de variar considerablemente la resistencia al aumentar o disminuir la humedad ambiente ya que libera o absorbe iones de la película de soporte. Como la humedad relativa viene determinada simultáneamente por el contenido de humedad y por la temperatura del aire, es obvio que es necesario compensar esta.

El elemento envejece, disminuyendo su indicación en 1 a 2% por año, la precisión puede ser de 2 a 3% de humedad relativa y el elemento puede medir de 5 a 95% de H.R.

-HUMEDAD EN SOLIDOS.

En la determinación de la humedad de los sólidos se emplean los siguientes métodos:

Secado térmico: Que es el método más antiguo; se emplea normalmente como comprobación de los demás sistemas. Consiste en aplicar calor al material en estado sólido, granular, fibroso e incluso de forma líquida hasta que no puede liberarse más aguda a no ser que se aumente la temperatura. El agua se evapora mientras su presión de vapor dentro del material es mayor que la del aire del horno que le rodea.

El método de secado es fácil de realizar, pero tiene el inconveniente del excesivo tiempo que requiere y no distingue entre la humedad y las materias volátiles que en el cuerpo puedan contener o que puedan producir por descomposición térmica.

Método de conductividad térmica: Se basa en la medida de una muestra del producto al pasar una corriente a través de los electrodos en contado con el mismo. Los electrodos forman parte de una puente de Wheatstone con la indicación, el registro o el control de la humedad.

El método da buenos resultados y es repetitivo: Sin embargo, la lectura viene influida considerablemente por el estado de la superficie de contacto de los electrodos, por la presión de los mismos en el material, por la temperatura, en particular en los materiales, de alta resistividad como papel.

El método de capacidad: Se basa en la variación de la constante dieléctrica que el material experimenta entre el estado húmedo y el estado totalmente seco. Por ejemplo en el caso del papel, la variación suele estar entre 2.8 al salir del horno y 80 que es la constante dieléctrica del agua. Los electrodos que constituyen las placas de un condensador cuyo dieléctrico es el material cuya ha de medirse forman parte de un oscilador de lata radio frecuencia cuya fuente alimenta a un de puente de medida de capacidades se emplean en materiales de humedad menor de 20 a 25%.

Método de infrarrojos: En el método de infrarrojos aplicado preferencialmente en la fabricación de papel, una fuente de rayos infrarrojos emite un haz de rayos hacia la superficie del material cuya humedad desea medirse. La onda emitida está seleccionada de tal forma que el agua contenida en el producto absorbe la máxima radiación infrarroja mientras que la celulosa absorbe el mínimo.

De este modo, un detector capta la radiación que atraviesa el material e indica la humedad correspondiente de la capa de aire intercalada entre el emisor, el material y el detector, de las variaciones del espesor del material de su posición relativa entre el emisor y el detector, se acostumbra usar otra fuente que sirva e referencia.

Método de radiación: Una fuente de neutrones de alta energía se dirige contra el material de proceso y parte de la radiación emitida es reflejada principalmente por los átomos de hidrogeno existentes en la moléculas del material. Como el hidrógeno esta asociado químicamente con el agua es posible determinar muy exactamente las moleculares del material. El método es caro y necesita una supervisión de seguridad y una comprobación periódica de la fuente de neutrones.

-PUNTO DE ROCIO.

En la medición del punto de rocío se emplean:

La cámara de niebla: Realiza una medida manual discontinua del punto de rocío. Consiste en una pequeña cámara con bomba manual que permite comprimir una muestra de gas. El operador anota la presión y la temperatura inicial del gas y lo comprime a una presión dada. A continuación abre una válvula de escape a la atmósfera con lo que el gas sufre una presión adiabática y baja de temperatura.

La célula de cloruro de litio: Consiste en un manguito de tela impregnado con una solución de cloruro de litio, envolviendo una bobina. Sobre el manguito esta arroyado un hilo bifilar abierto a un extremo y alimentado a través del secundario de un transformador, con lo que circula una corriente entre los hilos a través de la sal del cloruro de litio. Esta tiene la propiedad característica de mantenerse con una humedad relativa del 11% en equilibrio de la atmósfera de la humedad. A valores al 11% de la sal se cristaliza y deja de ser conductora.

La célula es apta para temperatura ambiente de -30 a 130° C (-25 a 265° F). A temperaturas superiores a 130° C el punto de rocío puede medirse admitiendo el paso de aire a una cámara a temperatura constante y enfriándolo a menos de 80° C (180° F ) antes de circular a través de la célula.

El sistema de condensación en un espejo: Consta de una cámara con un sistema de una espejo situado en su interior y a cuyo a través circula una corriente de gas cuyo punto de rocío hay que determinar. Una célula fotoeléctrica actúa sobre el sistema de refrigeración o de calentamiento para seguir el empañamiento constante de la superficie especular. La temperatura de esta superficie indica el punto de rocío de un gas.

El analizador de infrarrojos: No sólo puede medir el punto de rocío (vapor de agua) sino cualquiera de varios constituyentes, tales como CO2, COCH4, C3H8, SO2, NH3.

Hay que señalar que la radiación infrarroja es absorbida por esos gases de un modo característico, consisten una fuente pulsante de infrarrojos, dos células, una de referencia y otra de muestra cuyo a través pasan las radiaciones infrarrojas y un detector. Si la cámara detectora esta llena de vapor de agua, la radiación infrarroja es absorbida proporcionalmente a la concentración de vapor de agua en la célula de gas muestra, con lo cual disminuye la presión en ésta cámara como radiaciones, una de las que pasan por célula de referencia y la otra lo que pasa a través de la célula de muestra de gas a analizar, no hay variación de presión en la cámara.

-VISCOSIDAD Y CONSISTENCIA.

La viscosidad y la consistencia son términos que se aplican a los fluidos y que representan la resistencia que ofrecen al flujo y a la deformación cuando están sometidos a un esfuerzo cortante.

La viscosidad de un fluido definida por Newton es la resistencia que ofrece el fluido al movimiento entre dos placas paralelas separadas por una distancia unidad, una de ellas fijas y la otra móvil que se mueve con la velocidad de la unidad. Esta resistencia se presenta como cociente de entre cortante por unidad de área y la velocidad cortante por unidad de espesor de capa de fluido.

Los fluidos se caracterizan por la relación entre el esfuerzo cortante unitario y la velocidad unitaria, es decir, la representación gráfica de F/A con relación a V/e es una línea recta. Otros fluidos tienen pendientes variables y no siguen la definición de newton (fluidos no newtonianos).

Muchos plásticos requieren la aplicación de una cierta fuerza a la placa móvil antes de que ésta se mueve y una vez puesta en movimiento la velocidad aparentemente disminuye al incrementar la velocidad de la placa (pendiente baja). Otros materiales que en reposo están coagulados, pasan al estado líquido al estar agitados. El cuerpo St. Venant representan sustancias que no tienen prácticamente pendientes.

Viscosidad cinemática: Es el cociente entre la viscosidad dinámica y la densidad del fluido. Su unidad es el stoke y para valores pequeños emplea el centistoke.

Si la viscosidad se expresa en función del tiempo que un volumen determinado del fluido emplea a través de un orificio o de un tubo capilar se utiliza en las siguientes unidades.

Escala: Saybolt (EUA).

Escala: Redwood (Inglaterra)

Escala: Engler (Europa).

-VISCOSIMETROS.

Viscosímetros discontinuos se basan en:

• Medir el tiempo que emplean un volumen dado un fluido para descargar a través de un orificio. El orificio se puede sustituir por un tubo capilar.

• Tiempo de caída de una botella de bola metálica o de ascensión de una burbuja de aire en el seno del fluido contenido en un tubo o bien caída de un pistón en un cilindro.

• Par de resistencia de un elemento estacionario en una taza rotativa que gira a velocidad constante. El par se mide por el desplazamiento angular de un resorte calibrado unido al elemento fijo.

• Ultrasonidos. Se mide la energía necesaria para excitar una probeta que vibra ultrasónicamente en el fluido.

Medidores de consistencia.

Medidores de la distancia que recorre el fluido sobre la regla graduada y un tiempo determinado.

Medidor de consistencia de disco que mide el par de torsión necesario para hacer girar a velocidad constante un disco con perfiles caracterización dentro del fluido.

En el otro instrumento parecido al anterior, apto para instalarlo en un tanque del proceso un motor hace girar una agitador de paletas dentro del fluido. El par desarrollado por el agitador se mide con un transmisor neumático de para que permita actuar sobre un controlador y regular así directamente la consistencia del producto.

El medidor de paleta, una paleta de forma especial situado en el seno del fluido mide el esfuerzo cortante, no siendo influida para las fuerzas de impacto ni por las de rozamiento gracias a su forma geométrica. Un transmisor automático envía la señal correspondiente al valor de la consistencia.

En el medidor de flotador, el fluido es forzado a circular por un tubo interior se encuentra un jefe sensible con varias placas transversales incorporadas. La deformación que sufre el líquido al pasar por las placas, es función de la consistencia y de la fuerza resultante que experimenta el elemento sensible.

El medidor de puente hidráulico, consiste en una bomba que deriva parte del fluido a través de un paralelogramo o puente hidráulico que crea una presión diferencial entre sus dos vértices. Un transmisor de ésta presión diferencial señalarán directamente la consistencia del producto.

Llama.

La detección de llama en la industria es muy importante desde el punto de vista de seguridad. Los quemadores de gas o fuel-iol utilizados en los hornos o en las calderas de vapor, necesitan para que su funcionamiento sea correcto que la llaman producida por el combustible sea estable y de calidad y que se mantengan en éstas condiciones mientras que el quemador esté en marcha.

Los detectores de llama aprovechan varias características de la llama para su funcionamiento; calor, ionización y radiación.

Detector de calor.

El calor lo utilizan los detectores térmicos formados por bimentales termopares, varillas de dilatación y dispositivos a expansión de líquidos que proporcionan el control relativamente satisfactorio en instalaciones domésticas.

Detectores de ionización - rectificación.

La ionización es el fundamento de los detectores de llama de rectificación. Una tensión alterna aplicada a dos electrodos colocados dentro de la llama hace circular una pequeña corriente alterna ya que los gases en la llama están ionizados. La resistencia de la llama es bastante alta, del orden de los 25,000 a 150,000,000 ohmios y la corriente que pasa es de unos pocos miliamperes.

Los detectores de llama se basan en que al aplicar una tensión alterna a los electrodos (varilla y quemador) la corriente circula con una mayor facilidad en un sentido que otro si la superficie activa de uno de los electrodos - superficie expuesta a la llama - es varias veces mayor que la del otro electrodo. De este modo se tiene una corriente rectificada, parecida a una corriente continua pulsante, con lo cual si se presenta un corto circuito de alta resistencia en los electrodos se genera una señal alterna que es detectada como fase por el circuito electrónico.

Dectores de radiación.

Estos detectores se basan en la radiación de energía de una llama en forma de ondas que producen luz y calor. En el gráfico de la figura 32 pueden verse las radiaciones visibles infrarrojos (90% del total) y ultravioleta (1% del total), así como las propias de la llama de gas o de fuel-oil y del refractario.

Los detectores disponibles se pueden clasificar como:

detectores de radiación visible, que son de dos tipos: sulfuros de cadmio y óxido de cesio.

Detectores de radiación infrarroja.

Detectores de radiación ultravioleta.

OXIGENO DISULETO

Es la cantidad de oxigeno libre en el agua que no se encuentra combinado ni con el hidrogeno (formando agua), ni con los sólidos existentes en el agua.

La determinación del oxigeno disuelto es importante en el tratamiento de aguas y en el control de aireación.

TURBIDEZ

La turbidez es una medida de la falta de transparencia de una muestra de agua debida a la presencia de partículas extrañas.

La luz media de la turbidez se efectúa para determinar el grado de penetración de la luz en el agua o a través y permite interpretar conjuntamente con luz solar recibida y la cantidad de oxigeno disuelto el aumento o disminución del material suspendido en el agua.

La turbidez esta expresada en unidades arbitrarias determinadas empíricamente con un turbidimetro Jackson.

Formas continuas de medición de la turbidez:

LUZ REFLEJADA: Una lámpara incandescente emite un rayo de luz que un sistema de lentes enfoca en la muestra de agua. Una célula fotoeléctrica capta la luz reflejada por las partículas en suspención generando una corriente proporcional a la concentración de sólidos suspendidos.

LUZ ABSOBIDA: La lámpara y la célula están situadas una frente a la otra, con una columna de la muestra de agua que los separa. La célula mide la absorción de la luz por los sólidos en suspención.

VARIABLES QUIMICAS

-CONDUCTIVIDAD

La conductividad es la capacidad de una solución para ocnducir una corriente eléctrica. El agua destilada pura no conduce en principio la corriente, pero si se disuelven sólidos minerales, aumenta su capacidad de conducción.

Los iones son susceptibles a desplazarse bajo la acción de un campo eléctrico y también de combinarse con otros iones nuevos o cuerpos distintos que ya no se ionizarán. La conductividad de los iones es función de su concentración.

La conductividad eléctrica específica: Se define como el recíproco de la resistencia de ohmios, medida entre dos caras opuestas de un cubo de 1 cm. De lado sumergido en la solución. En la tabla 6 se indican los calores de conductividad de varios tipos de soluciones. Es obvio que a partir de esta definición de conductividad, el primer sistema de medida que se empleo fue situar en la solución dos placas paralelas conectadas a un circuito de puente de Wheatstone de corriente alterna.

En el esquema se aprecia que si se mantiene constante la diferencia de potencial V0 entre los electrodos 2 y 3 con independencia de la resistencia de la solución, la corriente Ic mantendrá una relación lineal con la conductividad la solución es:

Vo = IcR2 = Ic (1/G)

Potencial de hidrógeno PH.

El PH es una medida de la acidez o la alcalinidad de agua. Su expresión viene dada por el logaritmo de la inversa da la concentración de ion H expresada en moles por litro.

pH = log (1/H+)

Una solución ácida tiene mayor concentración de ion hidrógeno que el agua pura y por lo tanto su PH será menor que 7. Una disolución básica le ocurre a la inversa y su pH será mayor de 7. Las medidas prácticas del pH se encuentran entre 0 a 14. En la tabla 7 figuran las concentraciones de varios tipos de soluciones en su pH correspondientes.

En la medida del pH pueden utilizarse varios métodos, entre los cuales el más versátil y exacto de aplicación industrial es el tema de electrodo de vidrio.

El electrodo de vidrio consiste en un tubo de vidrio cerrado en su parte inferior con una membrana de vidrio específicamente sensible a los hidrógenos del pH. En la parte interna de esta membrana se encuentra una solución de cloruro tampón de pH constante dentro de la cual esta inmerso un hilo de plata recubierto de cloruro de plata. Aunque el electrodo de vidrio nida la concentración de ion hidrógeno no es exactamente conocido, está establecido, que el introducir el electrodo en el líquido se desarrolla un potencial desarrollado directamente con la concentración directamente con la concentración del ion hidrógeno del líquido.

Los potenciales existentes son los siguientes:

-E1: Potencial entre el electrodo metálico interior y solución tampón que puede considerarse constantemente para una temperatura dada. Las temperaturas extremadamente altas pueden dar lugar a la disolución del revestimiento de cloruro de plata del electrodo.

-E2: Caída de potencial entre el electrodo interior y la cara interna de la membrana de cristal que puede considerarse despreciable.

-E3: Potencial entre solución de tampón y superficie de la membrana de cristal que es constante gracias a la estabilidad de la solución tampón y la membrana de cristal.

-E4: Caída de potencial a través de la membrana que se mantiene constante en cortos periodos mientras la membrana de cristal no sufra alteraciones de origen químico o mecánico. Si este potencial deriva, se calibra una solución tampón de pH conocido. Si este potencial deriva, se calibra una solución tampon de pH conocido.

-E5: Potencial entre superficie exterior de la membrana entre la superficie exterior de la membrana de cristal y la solución ensayada que varia con la concertación de iones de Hidrogeno (pH) de la solución ensayada.

-E6: Caída de potencial a través de la solución ensayada que se considera despreciable, salvo si se trata de agua poco conductora o de soluciones no acuosas.

-E7: Representa el potencial de la unión líquida entre la solución ensayada y la de referencia, aunque un estancamiento o exceso de presión externa con la unión contra la unión puede influir en la medición.

-E8: La caída de potencial,dentro del electrodo de referencia despreciable.

-E9: Potencial de contacto entre el electrodo de referencia y la solución de CIK que puede considerarse sí dicha solución no esta contaminada.

-REDOX (POTENCIAL DE OXIDACION - REDUCCIÓN)

El potencial de reducción - reducción de materiales disueltos en agua se mide con un metal noble y un electrodo de referencia y es una medida de su potencial electrónico y equilibrio y su capacidad relativa para reaccionar con otros materiales oxidantes o reductores que pueden añadirse al agua.

Hay que señalar que la medida del PH, el electrodo de vidrio capta los cambios en la concentración ion Hidrogeno activo mientras que la medida de potencial de oxidación - reducción el electrodo de metal noble (Normalmente es platino) es sensible a los cambios en la relación entre el agente reductor y el agente oxidante.

El estándar cero de medida de potencial es del electrodo de hidrogeno definido como:

H2 = 2H+ + 2E Eo = -0.199

En la industria se utiliza de dos tipos que se utilizan:

Electrodo de plata ion /cloruro de plata de electrolito 4NCIK DE Eo = -0.199 Voltios.

electrodo de calomel con electrolito de CIK con Eo = -0.244 voltios

los instrumentos amplificadores e indicadores o registradores de Redox, utilizan la misma construcción y los mismos circuitos básicos que los instrumentos de pH.

CONCENTRACION DE GASES

En la industria interesa determinar la concentración de los gases tales como CO2, CO + H2, O2, u otros, bien en el análisis de humos de salida de las calderas de vapor para comprobar su combustión correcta, o bien en el análisis de concentración de gases desde el punto de vista de seguridad ante una eventual explosión.

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