Capítulo 7: Otras Variables

7.1 Variables Físicas

7.1.1 Peso: El peso de un cuerpo es la fuerza con la que es atraído por la tierra.

P=m∗g “El Peso es igual a la masa del cuerpo por la aceleración de gravedad”

El peso de una persona varía en distintos lugares de la tierra debido a que g es distinta. Dentro de las formas industriales existen varios métodos para medir el peso:

Comparación de pesos: Se lleva a cabo mediante balanzas o básculas.

Células de Carga a base de galgas extensométricas (fig 7.2 pag 304) El peso es medido por una célula elástica; esta se deforma y tensiona un hilo metálico (galga extensométrica) modificando su resistencia eléctrica.

Células de carga hidráulicas (fig 7.3 pag 306) Consiste en un pistón que soporta la carga, ejerciendo una presión sobre un fluido. Dependiendo del área del pistón, se crea una presión en el aceite que puede leerse con un manómetro Bourdon, reflejando indirectamente la carga.

Células de carga neumáticas Consiste en una plataforma de carga soportada por un trasmisor neumático de carga. La presión ejercida por el cuerpo en la plataforma se compara con la de un diafragma alimentado de una presión ajustable.

7.1.2 Velocidad

En la industria se mide la velocidad de dos formas: con tacómetros mecánicos y tacómetros eléctricos, pero se suele usar más el segundo por su connotación eléctrica.

7.1.2.1 Tacómetro Mecánico: Detectan el número de vueltas de el eje de la máquina mecánicamente. El más utilizado es el contador de revoluciones, el cual consiste en un eje elástico posicionado en la máquina a la que se le medirá la velocidad, capaz de hacer contacto con una pieza mientras gira. Cada vez que hace contacto (cada una revolución) la pieza cuenta. Otro ejemplo son los tacómetros centrífugos, en el que dos pesos rotativos, debido a la fuerza centrífuga de rotación, aumentan su distancia entre sí comprimiendo un resorte. Imágenes: Revoluciones y centrífugo respectivamente: (fig 7.5 y 7.6)

7.1.2.2 Tacómetros Eléctricos: Utilizan un transductor que emite una señal análoga o digital como conversión de la velocidad de giro del eje. Existen tipos según los transductores: los tacómetros de corrientes parásitas, en los cuáles el eje hace girar un imán dentro de una copa de alumnito. El giro del imán induce las corrientes parásitas que crean un par resistente proporcional a la velocidad. El tacómetro de corriente alterna es un estator bobinado multipolar en el que el rotor dotado con un imán induce una corriente alterna. El tacómetro de corriente contínua o dinamo tacométrica consiste en un imán fija y un rotor con entrehierro uniforme. La tensión recogida en las escobillas del rotor es proporcional a la velocidad. Finalmente el tacómetro de frecuencia o frecuenciómetro mide la frecuencia de la C.A. captado por transductores de tipo electromagnético. Otro modelo mide ópticamente la velocidad mediante un disco opaco perforado, el cual es capaz de generar frecuencias de impulsos luminosos. Imágenes: Corriente parásita, corriente alterna, corriente continua, frecuenciómetros: (fig: desde 7.7 hasta 7.10)

7.1.3 Densidad y Peso Específico

7.1.3.1 Introducción

Densidad o Masa Específica: masa por unidad de volumen de un cuerpo. Varía con la Temperatura y la Presión.

Densidad Relativa: Es la relación de igual volumen de masa de un cuerpo y del agua a 4°C para los líquidos y para los gases en relación al aire en condiciones normales: 0°C y 1 atm

Peso Específico: Es el peso de un fluido por unidad de volumen, es decir:

Peso Específico=MasaEspecícfica∗g g= aceleración de gravedad

7.1.3.2 Aerómetros: Consisten en un flotador lastrado en la parte inferior con un vástago graduado en la parte superior. Al sumergirse, el peso es equilibrado por la diferencia de densidad. Al agregarle un transductor al flotador y poner una bobina por fuera es posible transmitir eléctricamente a distancia la densidad. Asimismo el aerómetro con flotador y cadena se sumerge y

ejerce una fuerza en la cadena dependiendo de diferencia de densidad. La variación de la altura provoca señales de C.A. por un puente de inductancias.

7.1.3.3 Métodos de Presión Diferencial

En este sistema de fijan dos puntos en un tanque y se conecta un instrumento de presión diferencial. Como la diferencia de altura en el líquido es fija, la única variable es la densidad (a) .En el caso de que el líquido no sea demasiado limpio o sea corrosivo se incluye un mecanismo de purga para que no se obstruyan las conexiones (b). Además se pueden incluir cámaras para usarse como referencia (c):

7.1.3.4 Método de Desplazamiento

En este sistema se utiliza un instrumento de desplazamiento o barra de torsión. El flotador está totalmente sumergido para que el par de torsión represente directamente la densidad.

7.1.3.5 Refractómetro

Los refractómetros se utilizan en fluidos limpios. El modelo de prisma rotativo (a) consiste en una fuente luminosa de filamento de tungsteno que incide en el líquido con un ángulo. EL índice de refracción puede relacionarse con la densidad del líquido. En el modelo de prisma fijo (b) el ángulo crítico viene determinado por la relación zona oscura /clara de un detector.

7.1.3.6 Método de Radiación

El método de radiación se basa en la determinación del grado con que el líquido absorbe la radiación procedente de una fuente de rayos gamma. La radiación residual es medida con un contador de centelleo que suministra pulsos de tensión, cuya frecuencia es inversamente proporcional a la densidad.

7.1.3.7 Método del punto de Ebullición

En éste método se mide la diferencia de temperaturas entre 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 mide mediante sondas de resistencia inmersas una en el líquido y la otra en agua, conectadas a un instrumento diferencial de puente de Wheatstone graduado directamente en densidad.

7.1.3.8 Medidor de Ultrasonidos

Mide la velocidad del sonido dentro del fluido e inferencialmente calcula su densidad. La medida se realiza disponiendo el conjunto emisor-receptor de ultrasonidos inmerso dentro del líquido o exterior al tanque o a la tubería.

7.1.3.9 Medidores Inerciales

Los medidores de inercia se basan en aprovechar la variación de la masa inercial de una masa inmersa en el fluido al entrar la misma en vibración dentro de una cámara de volumen constante. Las variaciones de densidad del fluido contribuyen a una carga inercial de la masa, variando su masa efectiva. Como la frecuencia natural de un elemento depende de su masa efectiva, se sigue que midiendo la frecuencia natural .o resonancia de la masa inmersa, se tendrá una medida correlacionada de la densidad del fluido.

7.1.3.10 Medidor de Coriolis

Debido a la complejidad para resumir, referirse a la página 321-322 Creus. (O a hoja de ilustraciones adjunta)

7.1.3.11 Medidor de Balanza

Consiste en un tubo en U apoyado con conexiones flexibles en la carcasa del aparato y suspendido de una báscula que trabaja por el principio de equilibrio de fuerzas, y que según el tipo de transmisor dará una señal neumática o electrónica.

7.1.4 Humedad y Punto de Rocío

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

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

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

7.1.4.1 Humedad en aire y gases

Determinación de humedad:

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

Célula de cloruro de litio: consiste en una célula embebida en cloruro de litio con una rejilla de láminas de oro. La sal tiene la propiedad de variar considerablemente de resistencia al aumentar o disminuir la humedad ambiente ya que libera o absorbe iones de la película soporte.

Sensor de polímero: El sensor está formado por una rejilla conductora con una base de poliestireno tratada con ácido sulfúrico. La variación de humedad ambiente cambia la resistencia de la superficie del sensor, debido a que el radical sulfato (S04) libera o absorbe los iones hidrógeno procedentes de la humedad del ambiente

7.1.4.2 Humedad en Sólidos

Métodos de determinación:

Secado térmico: Consiste en aplicar calor al material en estado sólido, granular, fibroso e incluso en forma líquida hasta que no puede liberarse más agua 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

Método de conductividad: se basa en la medida de la conductividad de una muestra del producto al pasar una corriente a través de los electrodos en contacto con el mismo.

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.

Método de infrarrojos: 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.

Método de radiación: una fuente de neutrones de alta energía se dirige contra el material del proceso y parte de la radiación emitida es reflejada principalmente por los átomos de hidrógeno existentes en las moléculas .del material. Como el hidrógeno está asociado químicamente con el agua, es posible determinar muy exactamente la humedad del material.

7.1.4.3 Punto de Rocío

Métodos de Medición:

Cámara de niebla: Consiste en un pequeña cámara con una bomba manual que permite comprimir una muestra del gas. El operador anota la presión y la temperatura iniciales 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 expansión adiabática y baja de temperatura. El ensayo se repite varias veces comprimiendo cada vez más el gas hasta que la temperatura alcanzada en la expansión hace aparecer niebla en la cámara. Esta temperatura corresponde al punto de rocío.

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 está arrollado un hilo bifilar abierto en 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 de cloruro de litio. Ésta tiene la propiedad característica de mantenerse con una humedad relativa del 11 % en equilibrio con la atmósfera húmeda. A valores inferiores al 11 % la sal cristaliza y deja de ser conductora.

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

Analizador de infrarrojos: Aparte del punto de rocío, mide otros elementos tales como CO2, CH4,

CHHs, S02' NHa. Hay que señalar que la radiación infrarroja es absorbida por estos gases de un modo característico. El analizador de infrarrojos consiste en una fuente pulsante de infrarrojos (filamentos de Nichrome), dos células, una de referencia y otra de muestra a cuyo través pasan las radiaciones infrarrojas, y un detector. Si la cámara detectora está 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 10 cual disminuye la presión en esta cámara como resultado de la energía intermedia absorbida. Se obtiene así una presión variable pulsante en el detector; éste contiene dos cámaras separadas por un diafragma que actúa como un micrófono a condensador y convierte los impulsos de presión a una señal eléctrica que es amplificada, rectificada y finalmente registrada.

“Para mayor comprensión referirse a las imágenes en el libro… absolutamente todos los métodos de medición antes mencionados tienen su imagen en este”

Resumen hecho por Andrés Hojas

Desde página 301 hasta página 301+33= 334 (-3/4 de hoja)