Medicion de Humedad, Viscosidad y Densidad

INSTITUTO TECNICO CENTRAL – INSTRUMENTACION INDUSTRIAL I

MEDICION DE HUMEDAD, VISCOSIDAD Y DENSIDAD

LYDA MARTINDIEGO HERRERAGELKIN PEINADO

RAUL ORTIZ

http://www.sedbogota.edu.co/index.php/noticias-secundarias/1496-articulaci%C3%B3n-una-experiencia-significativa-en-los-m%C3%A1rtires.html


MEDICION DE DENSIDAD

La densidad o masa específica de un cuerpo se define como su masa por unidad de volumen, expresándose normalmente en g/cm3 (o kg/m3).

ρ = masa/volumen

La densidad de una sustancia varía con la temperatura, presión y composición de la misma. En términos generales, la densidad disminuye al aumentar la temperatura (aunque este no es el caso del agua), y aumenta al incrementarse la presión.

En el caso de los líquidos, la densidad varía principalmente debido a la temperatura, y no a la presión. Cuando la densidad de un líquido no varía significativamente con la presión, se dice que el líquido es incompresible.

Debido a esta variación, los valores de densidad se especifican para un valor base de la temperatura:

Líquidos: 0° o de 15°C Gases: 0°C y presión estándar de 1 atmósfera.




La densidad relativa o gravedad especifica es la relación para iguales volúmenes de las masas del cuerpo y del agua a 4°C en el caso de líquidos.

En los gases, es la relación entre la masa del cuerpo y la del aire en condiciones normales de presión y de temperatura (15°C y 1 atmósfera).

Otra variable utilizada para expresar la densidad, es la gravedad API (American Petroleum Institute), que se utiliza principalmente para indicar la gravedad del petróleo crudo. La relación entre la gravedad API y la gravedad específica, viene dada por:

°API = (14.5/GE) – 131.5




Otras unidades de medidas de densidad usadas en diferentes procesos:

Grados Baumé empleados para ácidos, jarabes, etc.Grados Brix empleados casi exclusivamente en la industria azucarera.

En los procesos industriales la densidad es una variable cuya medida es a veces vital.

•Determinación de la concentración de algunos productos químicos como el ácido sulfúrico•La medida exacta del caudal en gases o vapores que viene 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.




Los instrumentos utilizados para determinar la densidad basan su funcionamiento en diversos principios. Estos principalmente serán:

• Empuje experimentado por un cuerpo sumergido en un fluido.• Presión debida a una columna de líquido de altura conocida.• Velocidad del sonido en el fluido• Cambio de punto de ebullición del fluido al ser disuelto con agua, etc.




AREÓMETRO: consisten en un flotador con un peso en su parte inferior y con un vástago superior graduado. El aparato se sumerge hasta que su peso es equilibrado por el líquido que desaloja.




•Precisión ± 1 a ± 3 %

•Temperaturas máximas de servicio de 120-230° C y presiones de 6-8 bar.

•Las viscosidades inferiores a 50 centipoises no influyen en la lectura. A viscosidades superiores, o con caudales elevados, conviene trabajar con un caudal intermitente para así captar la posición del flotador durante los períodos de flujo nulo.

• Su campo de medida de densidad relativa es de 0,5 a 4 y disponen de compensación de temperatura. Son aptos para trabajar con líquidos limpios.




PRESION 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. P= ρgh.

En el caso de fluidos no demasiado limpios, muy viscosos o corrosivos, existe el riesgo de que las conexiones al instrumento se obturen 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 una distancia fija.

Estos instrumentos de presión diferencial tienen una precisión de 0,5-1 % y pueden trabajar con presiones y temperaturas de 300 bar y 1700 C respectivamente.




ULTRASONIDOMide 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. Las variaciones de la velocidad del sonido son provocadas por cambios en la densidad, que varían el acoplamiento acústico entre los transductores y el fluido.




OTROS METODOS:

•Desplazamiento•Radiación•Refractómetro•Punto de ebullición •Medidores inerciales•Medidor de coriolis•Medidor de balanza



MEDICION DE VISCOSIDAD

La viscosidad es la fricción interna de un fluido. También se define como la resistencia que ofrece un fluido a fluir. La viscosidad según Newton viene definida como la relación entre esfuerzo cortante por unidad de área (F/A), entre velocidad cortante por unidad de espesor (V/L) de una capa de fluido.

La unidad de viscosidad es el Poise (1 P = 1 g/cm.s). La viscosidad es un factor importante, pues de ella depende el régimen de un fluido dentro de una tubería, y de esto a su vez dependen la dinámica del proceso y la selección del tipo de instrumento adecuado para medir flujo.




Los términos relacionados con la viscosidad son:

Viscosidad dinámica o absoluta definida por la fórmula de Hagen-Poiseuille cuya unidad en el sistema de unidades internacionales SI es el Pa.s o el mPa.s , unidad que ha sustituido en el sistema CGS al Poise (1 dina· s/cm2) y al centipoise (cp) (1 mPA· s = 1 centipoise).

El agua a 20° C tiene una viscosidad de 1 centipoise.

Viscosidad cinemática que es el cociente entre la viscosidad dinámica y la densidad del fluido. Su unidad en el sistema internacional (SI) es el m2 / s y en el CGS el cm2/s llamado stoke y para valores pequeños se emplea el centistoke (cs) igual a 0,01 stoke (1 m2/s = 10 000 stokes).




VISCOSIMETROS

Medición discontinua:

•Medir el tiempo que emplea un volumen dado del fluido para descargar a través de un orificio.El orificio puede sustituirse por un tubo capilar.

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




Medición continua:

Caída de presión producida por un tubo capilar al paso del fluido que se bombea a caudal constante. Dos tomas situadas antes y después del tubo capilar se conectan a un transmisor de presión diferencial neumático o electrónico.

Par de torsión necesario para hacer girar un elemento en el fluido. El elemento de forma dada gira a través de un resorte calibrado por medio de un motor síncrono. El ángulo de desviación en el movimiento entre el eje del motor y el elemento inmerso en el fluido es proporcional a la viscosidad.




•Rotámetro con flotador sensible a la viscosidad. Se mantiene un caudal constante del fluido con lo que la posición del flotador depende de la viscosidad. Al rotámetro se le puede acoplar un transmisor neumático o electrónico.

•Vibraciones o ultrasonidos. Se mide la energía necesaria para excitar una probeta en vibración continua o que vibra ultrasónicamente en el seno del fluido.



MEDICION DE HUMEDAD

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 contenida 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, 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.

Higrómetro Gravimétrico Patrón



PATRONES DE HUMEDAD RELATIVA



TIPOS DE SENSORESlas mediciones de humedad relativa pueden ser hechas por sensores basados en:psicometría, deformación, resistivos, capacitivos

Un psicómetro industrial típico consiste de un par de termómetros eléctricos o de líquido en vidrio acoplados, uno de los cuales opera en estado húmedo. Cuando el dispositivo funciona la evaporación del agua enfría el termómetro humedecido, resultando una diferencia medible con la temperatura ambiente o la temperatura del bulbo seco.Cuando el bulbo húmedo alcanza su máxima caída de temperatura la humedad puede determinarse comparando la temperatura de los dos termómetros en una tabla o mediante cálculo

Psicometría por bulbo húmedo/bulbo seco



SENSOR POR CONDENSACIÓNSe hace circular la mezcla gaseosa por una cámara provista en su interior de un espejo (2). El cual puede ser enfriado o calentado por un equipo de refrigeración (3) o calefactor (1) respectivamente, con la finalidad de poder lograr que el vapor se condense en el espejo o el agua se evapore de el. Además se cuenta con una fuente luminosa (4) que es proyectada sobre el espejo, el cual refleja el haz hacia una foto-resistencia (5a). La luz también incide en una segunda foto-resistencia (5b) en forma directa. Se tiene entonces una medición de la intensidad luminosa real (5b), y una distorsionada según la cantidad de condensación presente en el espejo (5a), la diferencia entre ambas es amplificada y sirve de actuación sobre el regulador de potencia que controla el calefactor



SENSORES MECANICOSLa idea de este tipo de sensores, es aprovechar los cambios en las dimensiones que sufren ciertos tipos de materiales en presencia de la humedad.Los más afectados son algunas fibras orgánicas como por ejemplo el cabello humano, pelo de animal, madera y papel; así como fibras sintéticas como el nylon. Al aumentar la humedad relativa, las fibras aumentan de tamaño, es decir, se alargan. Luego esta deformación debe ser amplificadade alguna manera (por palancas mecánicas, o circuitos electrónicos), y debe ser graduada de acuerdo a la proporcionalidad con la humedad



SENSOR DE TEMPERATURA Y HUMEDAD INTEGRADO

El uso de procesos de fabricación CMOS industriales, permite la integración en un chip, del sensor y la parte del proceso electrónico de la señal, también asegura la confiabilidad más alta y la estabilidad a largo plazo excelente.

Este sensor permite la toma de los valores de: temperatura y humedad del medio ambiente, básicamente son sensores capacitivos para la medición de humedad y termistores para la temperatura.



APLICACIONES

•Confort Humano•Industria textil, papelera y pieles•Industria alimenticia•Industria farmacéutica•Meteorología•Química•Construcción


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