Met r ol ogí a de Dens i dad 1 11

M E T R O L O G ÍA M E T R O L O G ÍA D E D E N S ÍD A DD E D E N S ÍD A D

Met r ol ogí a de Dens i dad 2 22

INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓN

ρ=mV=

masavolumen

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CARACTERISTICAS DE UN PATRÓN DE CARACTERISTICAS DE UN PATRÓN DE DENSIDADDENSIDAD

Densidad e incertidumbre certificadasEstabilidad de la densidad en el tiempoReproducibilidadBajo coeficiente de expansiónBaja densidadBajo coeficiente de tensión superficial en el caso de líquidos Conductivos eléctrica y térmicamente

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Para det erminar e l v o l umen por mét odos dimensiona l es es impor t ant e que e l cuerpo sea de f o rma geomét r icament e senc il l a como :

Las ant er io res f o rmas geomét r icas r equier en e l menor número de medic io nes para det erminar su vo l umen.

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La incertidumbre relativa de la densidad del agua es aproximadamente 1x10-5, en el mejor de los casos ya que esta incertidumbre puede incrementarse si no es completamente pura o si la temperatura no es estable.

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Patrón de MasaPatrón de Masa

Patrón Sólido de DensidadPatrón Sólido de DensidadPrimarioPrimario

Patrón de longitudPatrón de longitud

Patrón Sólido de DensidadPatrón Sólido de DensidadSecundarioSecundario

Líquidos de ReferenciaLíquidos de ReferenciaAguaAgua SólidosSólidos

Equipos de medición de densidad, sólidos y líquidosEquipos de medición de densidad, sólidos y líquidos

Densidad Densidad del airedel aire

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El uso de medidores de densidad tipo osciladores o a frecuencia en la industria es cada día mas extendido.

Para verificar y controlar el proceso

Para determinar la calidad de algunos parámetros y las propiedades del producto

Para determinar las cantidades de producto que serán utilizadas en combinación con mediciones de volumen

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Los densímetros tipo oscilatorio consisten de las siguientes unidades funcionales:Un sensor de oscilación (celda) el cual normalmente se llena con el líquido a medir la densidad.Un sistema excitador y controlador del sensor de oscilación.Un equipo para determinar la frecuencia de oscilación o el período y la densidad así como una pantalla donde aparece la densidad.Una unidad para determinar la temperatura para la cual fue medida la densidad y una pantalla para mostrarla.Esta puede ser parte del equipo o podría ser una unidad separada .

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El volumen del densímetro a frecuencia esta definido por el tamaño del tubo y la posición de los nodos vibracionales. Estos están localizados cerca del punto del cual se encuentra un pequeño cambio en la sección transversal del área del tubo, donde el tubo esta sujeto. En teoría, el nodo es el punto en el oscilador al cual no existe desplazamiento.

Medición del volumenMedición del volumen

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Punto Nodal

Tubo oscilatorio

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L a m a s a e n s i n o p u e d e m e d ir s e d ir e c t a m e n t e , d e c u a lq u ie r m a n e r a s e p u e d e d e t e r m in a r la m a g n it u d d e la m a s a d e l c u e r p o p o r u n a m e d ic ió n d e la f u e r z a n e c e s a r ia p a r a p r o d u c ir le u n a a c e le r a c ió n . L a f u e r z a p u e d e p r o v e n ir a p r im e r a in s t a n c ia d e u n r e s o r t e q u e n o s o f r e z c a u n d e s p la z a m ie n t o q u e p o d a m o s m e d ir .

Medición de la masa

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El densímetro genera su propia aceleración debida de la vibración.El densímetro genera su propia aceleración debida de la vibración.El equilibrio de la fuerza ocasionada por la inercia y la fuerza del tubo (resorte) se obtiene de la ecuación que define la frecuencia natural El equilibrio de la fuerza ocasionada por la inercia y la fuerza del tubo (resorte) se obtiene de la ecuación que define la frecuencia natural ƒ.ƒ.

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Esta ecuación incluye la masa m y la constante del resorte c del sistema.

La constante del resorte debe estar caracterizada y de esta manera deducir la masa del sistema. Esta masa incluye la masa del tubo oscilatorio M y la masa del volumen V que se ha llenado de la sustancia cuya densidad es ρ.

ƒ2 =cm

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V e r i f ic a c ió n d e u n D e n s im e t r o V e r i f ic a c ió n d e u n D e n s im e t r o a F r e c u e n c ia .a F r e c u e n c ia .

R e v is a r q u e e l in s t r u m e n t o a c a l ib r a r c u e n t e c o n la s c a r a c t e r ís t i c a s a d e c u a d a s d e o p e r a c ió n y p a r a s u c a l ib r a c ió n .T e n e r c u id a d o c o n e l c o r r e c t o m a n e jo d e lo s m a t e r ia le s .A s e g u r a r q u e la c e ld a s e e n c u e n t r e c o m p le t a m e n t e l im p ia , d e n o s e r a s í u t i l i z a r a g e n t e s d e l im p ie z a c o m o a lc o h o l a l 5 0 % y d e s p u é s c o n la b o m b a d e a ir e , s e c a r la c e ld a .R e a l iz a r e l a ju s t e d e l in s t r u m e n t o u t i l i z a n d o a i r e y a g u a d e s t i la d a y a t e m p e r a r m a t e r ia le s d e r e f e r e n c ia a 2 0 °C m a n t e n ie n d o le a e s t a t e m p e r a t u r a .

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Inyectar lentamente el material de referencia en el densímetro.

Nota: Tener cuidado con la formación de burbujas de aire en el interior de la celda.

Registrar los datos de densidad y temperatura del instrumento en el formato de toma de lecturas.Realizar por lo menos 10 repeticiones.Asegurarse de limpiar la celda antes de inyectar el siguiente material de referencia y repetir desde el paso 5.Con las lecturas obtenidas, realizar calculos de la corrección que se cotejaran con los del informe de calibración.Se dictamina el resultado de la verificación.

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MEDICIONES DE DENSIDAD USANDO DENSIMETROS A FRECUENCIA

Cuando se realizan mediciones con un densímetro a frecuencia calibrado y certificado se determina el valor de densidad utilizando la siguiente fórmula

Donde:ρx Es la densidad del líquido en mediciciónLx Es el promedio de las lecturas realizadasCx Es la corrección de la escala (del certificado)

ρx = Lx + Cx

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DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD DEL AGUA

H2O

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La densidad del agua es sumamente importante en las mediciones de densidad, ya que como se ha mencionado anteriormente es usada como patrón de densidad.El agua para ser considerada como patrón de densidad debe ser completamente pura y sin gases disueltos en su interior, para confirmar la pureza del agua se mide la resistencia la cual debe ser igual o mayor a 16,6 megaohms por centímetro a 25°C.Ya que se considera el agua es pura, su densidad dependerá únicamente de la temperatura.

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Para el cálculo de la densidad del agua se utiliza la siguiente fórmula, la cual es válida en el intervalo de temperatura de de 0 °C hasta 100 °C. La ecuación tiene una incertidumbre relativa de 1x10-5 debida al ajuste de coeficientes.

Donde: t es el valor de la temperatura en °Cp es la presión atmosférica en Pa

=a0 + a1t + a2t2 + a3t3 + a4t4 + a5t5

1 + bt • [1 +( p – 101325) • k] ρagua

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Constantes: a0 = 999,83952a1 = 16,952577a2 = -7,9905127x 10-3

a3 = - 4,6241757x10-5

a4 = 1,0584601x10-7

a5 = -2,8103006x10-10

b = 1,6887236x10-2

k = 5x10-11Pa-1

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Para la estimación de la presión atmosferica se puede considerar la siguiente ecuación:

Donde:PAL : Es la presión atmosferica local.PAo : Es la presión atmosferica normalizada con valor de 101 325

Pa.HL : Es la altura de local de la ciudad.Ho : Es la altura de la ciudad normalizada de 8,6 km (altura del

Monte Everest).

P AL=P Ao∗e

−HL

Ho

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Det erminac ión de l os l imit es de t o l eranc ia de l equipoDet erminac ión de l os l imit es de t o l eranc ia de l equipo

Est os l imit es se est ab l ecen para saber si e l inst rument o cumpl e con l os r equisit os* y ex ist en dos casos:

Si e l inst rument o se ca l ibra , sus l imit es serán:Si e l inst rument o se ca l ibra , sus l imit es serán:

Limit e inf er io r : Correcc ión en l a medic ión – I ncer t idumbreLimit e Super io r : Correcc ión en l a medic ión + incer t idumbre

La correcc ión de l punt o de medic ión y l a incer t idumbre se obt ienen de l inf o rme de ca l ibr ac ió n de l equipo .

Si e l inst rument o no se ca l ibra , sus l imit es serán:Si e l inst rument o no se ca l ibra , sus l imit es serán:Limit e inf er io r : Medic ión – exact it ud

Limit e Super io r : Medic ión + ex act it ud

La exact it ud se obt iene de l as espec if icac iones de l inst rument o (ver manua l o cat a l ogo )

Cálculos (Cont.)Cálculos (Cont.)

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Partiendo de la definición de verificación que es una comprobación mediante medición para evaluar la conformidad en un momento determinado.Partiendo de la definición de verificación que es una comprobación mediante medición para evaluar la conformidad en un momento determinado.

Si la corrección (Corr) esta dentro de los limites de tolerancia del equipo, el equipo Si la corrección (Corr) esta dentro de los limites de tolerancia del equipo, el equipo c u m p le .c u m p le .

Si la corrección (Corr) no es dentro de los limites de tolerancia del equipo, el equipo Si la corrección (Corr) no es dentro de los limites de tolerancia del equipo, el equipo n o c u m p le .n o c u m p le .

Si la desviación estándar de las lecturas del instrumento sujeto a verificación es mayor que el modulo del intervalo de tolerancias del equipo, automáticamente el instrumento Si la desviación estándar de las lecturas del instrumento sujeto a verificación es mayor que el modulo del intervalo de tolerancias del equipo, automáticamente el instrumento no cumpleno cumple y la razón es que no es repetible (es inestable) y la razón es que no es repetible (es inestable)..

Cálculos (Cont.)Cálculos (Cont.)