Instrumentos variables

Instrumentos de otras variables físicas
en los procesos industriales
Peso Velocidad Densidad
Humedad Viscosidad PH
Turbidez
Oxígeno
disuelto
Llama
Intensidad de
luz
Conductividad
Concentración
de gases
M. en C. Teth Azrael Cortés Aguilar

Peso
Definición: Es la fuerza con la que un cuerpo es atraído por la acción de la gravedad P=mg
Célula de carga. Consiste esencialmente en una célula que contiene
una pieza de elasticidad conocida, como el acero, capaz de soportar la
carga sin exceder su límite. A esta pieza está cementada una galga
extensométrica. La carga somete a la célula a una tensión o
comprensión , que hace variar la longitud del hilo metálico de la galga y
por lo tanto modifica su resistencia eléctrica.
Balanzas electromagnéticas. Utilizan un sensor de desplazamiento y
una bobina de par montados en un servosistema que equilibra un
peso patrón y el peso desconocido. La señal eléctrica de salida puede
aplicarse a un microprocesador, lo que proporciona una tara
automática, unas rutinas estadísticas de cálculo de la media y la
desviación estándar de los pesos y una compensación de la
temperatura.
Celdas hidráulicas. Consisten en un pistón sobre el que se apoya la
carga , que ejerce una presión sobre un fluido hidráulico. Según la carga
y de acuerdo con el área conocida del pistón se crea una presión en el
aceite que puede leerse en un manómetro Bourdon o en un transmisor
indicador electrónico. Miden pesos desde 40kg hasta 100 toneladas.

Velocidad
Tacómetro mecánico. Es el típico contador de revoluciones empleado para medir localmente la
velocidad de rotación de toda clase de máquinas o dispositivos giratorios. Consiste básicamente
en un eje elástico terminado en punta que se apoya sobre el centro de la pieza giratoria. El eje
elástico al girar mueve a través de un tren de engranajes dos diales calibrados concéntricos,
Cada división del dial exterior representa una vuelta del eje giratorio mientras que en el dial
interior una división da una revolución del dial exterior; conocido el tiempo de trabajo del
contador, medido mediante un cronómetro, se calculan los r.p.m.
Tacómetro óptico. Mide la frecuencia de una señal alterna captada por un transductor óptico,
donde cada impulso es proporcional a la velocidad de giro de la maquina. El transductor no
tiene contacto mecánico con el eje rotativo. La medida de la frecuencia puede pasarse a un
cantador electrónico basado en la medida de las revoluciones por unidad de tiempo.
Acelerómetro. Se emplean para medir vibraciones y oscilaciones en
maquinas e instalaciones. El instrumento proporciona datos de velocidad,
aceleración y variación de la vibración

Densidad y peso específico
Definición: Densidad o masa específica de un cuerpo se define como su masa por unidad de
volumen, el peso especifico es la densidad por la aceleración de la gravedad.
Refractómetro. Consiste en una fuente de luz cuyos haces inciden sobre el líquido con un
ángulo determinado tal que la reflexión de luz pase a refracción. El haz de luz se enfoca en
un prisma rotativo que hace un barrido del líquido del proceso. El ángulo critico de
refracción se detecta en una celda fotoeléctrica. De tal manera que el índice de refracción
se relaciona con la concentración de sólidos en el líquido, es decir se hace una inferencia
de la densidad. Se utiliza en la industria de bebidas azucaradas.
Medidor de radiación nuclear. 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 cantador de centelleo, cuya frecuencia en los
pulsos es inversamente proporcional a la densidad del fluido. Se utiliza en la
industria petroquímica.
Areómetros. Consisten en un flotador lastrado en su parte inferior con un vástago
superior graduado. El aparato se sumerge hasta que su peso es equilibrado por el
líquido que desaloja hundiéndose tanto más cuanto menor sea la densidad del
líquido. Se le incorpora un transductor de inductancia variable para transmitir
eléctronicamente los datos.

Humedad
Humedad absoluta. Es la 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 t0 y la presión
total del vapor de saturación y a la misma temperatura t0.
Punto de rocío. Es la temperatura limite a la que el vapor de agua existe en el aire o en el gas se condensa
pasando al estado líquido.
Célula de cloruro de litio. Consiste en una célula embebida de 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. Esta formado por una rejilla conductora con una base de
poliestireno tratada con ácido sulfúrico. La variación de la humedad ambiente cambia la
resistencia de la superficie del sensor, debido a que el radical sulfato SO4 libera o
absorbe iones de hidrogeno H+ procedentes de la humedad del ambiente. Se utilizan
compensadores de temperatura y el sensor está conectado a un puente de Wheatsone.
Cámara de niebla. Realiza una medida manual discontinua del punto de
rocío, consiste en una pequeña cámara con una bomba que permite
comprimir una muestra de gas. El operador anota la presión y la
temperatura iniciales del gas y lo comprime a una presión dada,
después 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 el gas cada vez más hasta que se
alcanza la temperatura que hace aparecer niebla en la cámara.

Viscosidad
La viscosidad de un fluido es la resistencia que ofrece el fluido al movimiento entre dos
placas paralelas separadas por una distancia, una de ellas fija y la otra móvil que se mueve
con una unidad de velocidad.
Viscosímetros discontinuos. Se basan a) en medir el tiempo que
emplea un volumen dado del fluido para descargar a través de un
orificio o tubo capilar. b) También pueden medir el tiempo de caída
de una bola metálica o de ascensión de una burbuja de aire en el
seno del fluido. c) También se pueden basar en el 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.
Viscosímetros continuos. Se basan a) en la caída de presión producida por
un tubo capilar al paso del fluido que se bombea a caudal constante. Dos
tomas antes y después del tubo capilar se conectan a un transmisor de
presión diferencial neumático o electrónico. b) Vibraciones o ultrasonido,
se mide la energía necesaria para excitar una probeta en vibración
continua. c) 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 acopla un transmisor electrónico.

Conductividad. Es la capacidad de una solución acuosa para conducir una
corriente eléctrica.
Intensidad de luz. Miden la potencia óptica entregada por fuente de luz natural o
artificial.
Llama. En la industria se utilizan detectores de llama para quemadores de
calderas y hornos. Se basan en la detección radiación infrarroja y ultravioleta.
Oxigeno Disuelto. Es la cantidad de oxigeno libre en el agua que no se encuentra
combinado ni con el hidrogeno ni con los sólidos existentes en el agua.
Turbidez. Es una medida de la falta de transparencia de una
muestra de agua debida a la presencia de partículas extrañas.
La medida de la turbidez se efectúa para determinar el grado
de penetración de la luz en el agua o a su través.
PH. Es una medida de la acidez o alcalinidad del agua con
compuestos químicos disueltos. Su expresión viene dada por
el logaritmo de la inversa de la concentración de iones de
hidrogeno expresada en moles por litro.
Concentración de gases. En la industria es de interés
determinar la concentración de gases tales como CO2, O2,
etc. Los analizadores de basan en propiedades de los gases
como son conductividad térmica (cromatógrafo),
paramagnetismo del oxigeno y absorción de radiación
infrarroja.

EVALUACIÓN
1. ¿Qué elemento primario contiene la celda de carga para la medición de peso?
2. ¿Cuál es la aplicación principal de las balanzas electromagnéticas?
3. ¿Qué permite que la celda de carga hidráulica realice mediciones de peso
del orden de magnitud de las toneladas?
4. ¿Qué tipo de señal genera un tacómetro óptico?
5. ¿A partir de que parámetro de liquido infiere del refractómetro la densidad?
6. ¿En que tipo de industria no puede ser usado el medidor nuclear de densidad?
7. ¿Qué parámetro se busca en la cámara de niebla?
8. ¿Qué distingue a un viscosímetro continuo de uno discontinuo?
9. ¿Qué importancia tiene en la industria los instrumentos de detección de llama?
10. ¿Qué tipo de instrumento se utilizan para medir la calidad del agua en plantas de
tratamiento de líquidos residuales?
Anote las respuestas a las siguientes preguntas en su cuaderno.

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