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Unidad 2: Sensores yTransmisores

2.5 Medicin de otras variables


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Existen otras variables que son tambin de inters industrial y que pu

clasificarse como fsicas y qumicas.

Las variables fsicas son aquellas relacionadas con las causas fsicas

actan sobre un cuerpo, con su movimiento o bien con las propiedades f

de las sustancias. Entre ellas, se encuentran el peso, la velocidad, la den

y el peso especifico, la humedad y el punto de roci, la viscosidad

consistencia, la llama, el oxigeno disuelto, la turbidez y la radiacin solar

Las variables qumicas estn relacionadas con las propiedades qumicas d

cuerpos o con su composicin. Entre ellas, se encuentran la conductivid

pH, redox y la composicin de los gases en una mezcla.


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PESO

El peso de un cuerpo es la fuerza con que es atrado poTierra. La relacin entre la masa del cuerpo, es decir,canTIdad de materia que contiene, y su peso viene dapor la expresin:

P= g

Donde:P= Peso.

= Masa.

g= Aceleracion debida a la gravedad.


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FACTORES QUE INFLUYEN EN LA MEDICION DPESO

Como la masa de un cuerpo es constante y la aceleracin de la gravevaria con el lugar (es de 9.78 en el ecuador y 9.83 en los polos) y tambcon la altura, es obvio que el peso del cuerpo variara segn el lugar dtierra y la altura a los que este sobre el nivel del mar.

Esto es evidente efectuando la medida con una balanza o resorte. embargo, en una balanza clsica (de cruz) la medida se efectua

comparacin con masas conocidas y, como estn sometidas tambin misma fuerza de gravitacin, la lectura ser independiente del ludonde se realiza la medicin.

Otro factor que influye en la medicin es la diferencia de empuje del (por el principio de Arquimides) sobre el cuerpo y sobre el patrn;influencia es tan pequea que el error sometido queda comprenddentro del error normal aceptado en las operaciones del pesaje.


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METODOS PARA MEDIR EL PESO

1. Comparacin con otros pesos patrones (balanzas y bsculas).2. Clulas de carga a base de galgas extensomtricas.3. Clulas de carga hidrulicas.4. Clulas de carga neumticas.


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ALGUNOS MEDIDORES DE PESO

La balanza clsicaEsta constituida por una palanca de brazos iguales, llamada cruz, queapoya en su centro y de cuyos extremos cuelgan los platillos que soporlos pesos. Puede medir desde unos pocos gramos hasta 300 Kg.La balanza de Roberval

Consiste, esencialmente, en un paralelogramo articulado que puoscilar alrededor del punto central del lado superior del paralelogramantenindose verticales las varillas laterales que soportan los platilSu campo llega hasta los 40 kg.


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La bascula clsica

Consiste, esencialmente, en una palanca apoyada en un punto dque cuelgan, en un extremo el peso a medir y en el otro que tienforma de un rectngulo, dos pesos mviles uno para ajuste basotro para ajuste fino; un fiel indica cuando la bascula esta ajustada

La bascula automtica

Consiste en una palanca en angulo, apoyada en su centro, conpeso conocido en un extremo y el desconocido en el otro.


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La balanza electromagntica

Utiliza un sensor de posicin y una bobina de par montados enservosistema que equilibra un peso patrn y el peso desconocido.seal elctrica de salida del controlador, que genera la correccin desplazamiento provocado por el peso, crea el campo magntico

la bobina del electroimn que equilibra la atraccin del impermanente. El sistema permite, mediante un microprocesadproporcionar una tasa automtica, unas rutinas estadsticas calculo de la media y la desviacin estndar de las pesadas y ucompensacin de la temperatura.


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Figura. Medidores de peso (Balanzas y Basculas)


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VELOCIDAD.

En la industria, la medicin de la velocidad se efecta de dosformas: con tacmetros mecnicos y con tacmetros elctricos.

Tipos de tacometros.

Los tacmetrosmecnicos disponen deuna punta cnica degoma que ajusta en elhueco cnico del eje dela mquina.

los tacmetroselctricos permiten latransformacin directade la seal paraalimentar losinstrumentosregistradores o

controladores de panel.


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TIPOS DE TACONES.

EL TACMETRO DE CORRIENTES PARSITAS: es en el que el ejela mquina hace girar un imn dentro de una copa de aluminio,induciendo corrientes parsitas en el aluminio que crean un parresistente proporcional a la velocidad. Un resorte frena el cabedel aluminio quedando ste en una posicin que se seala en un

dial. El par resistente del cilindro de aluminio se aplica a unsistema neumtico, electrnico o digital. El campo de medida ede 0 a 15.000 r.p.m.


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EL TACMETRO DE CORRIENTE CONTINUA O DNAMO TACOMTconsiste en un estator de imn permanente y un rotor coentrehierro uniforme. La tensin continua recogida en las escodel rotor es proporcional a la velocidad de la mquina en r.p.mtensin puede leerse en un voltmetro indicador calibrado en

o bien alimentar un instrumento potenciomtrico a travs dresistencia divisora de tensin.


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pH.

ElpH es una medida de la acidez o alcalinidad del agua concompuestos qumicos disueltos. Su expresin viene dada por ellogaritmo de la inversa de la concentracin del ion H, expresadaen moles por litro:

pH= 1

Una disolucin cida ene mayor concentracin de ion hidrgenoque el agua pura y, por lo tanto, su pH ser menor de 7. Unadisolucin bsica le ocurre a la inversa y su pH ser mayor de 7.Las medidas prc cas del pH se encuentran entre los valores 0 a14.


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POTENCIALES DE pH.

Los potenciales existentes son los siguientes: E1: Potencial entre el electrodo metlico interior y la solucin tampn que puede considerarse consta

para una temperatura dada. Las temperaturas extremadamente altas pueden dar lugar a la disolucinrevestimiento de cloruro de plata del electrodo.

E2: Cada de potencial entre el electrodo interior y la cara interna de la membrana de cristal que pueconsiderarse despreciable.

E3: Potencial entre solucin tampn y superficie de la membrana de cristal que es constante gracias aestabilidad de la solucin tampn y de la membrana de cristal.

E4: Cada de potencial a travs de la membrana que se mantiene constante en cortos perodos mientrmembrana de cristal no sufra alteraciones de origen qumico o mecnico. Si este potencial deriva, se

con una solucin tampn de pH conocido. E5: Potencial entre superficie exterior de la membrana de cristal y la solucin ensayada que vara con

concentracin de iones hidrgeno (pH) de la solucin ensayada.

E6: Cada de potencial a travs de la solucin ensayada que se considera despreciable, salvo si se tratagua poco conductora o de soluciones no acuosas.

E7: Representa el potencial de la unin lquida entre la solucin ensayada y la de referencia. Su valor despreciable, aunque un atascamiento o un exceso de presin externa contra la unin puede in uir enmedicin.

E8: La cada de potencial dentro del electrodo de referencia es despreciable.

E9: Potencial de contacto entre el electrodo de referencia y la solucin de CIK que puede considerarseconstante si dicha solucin no est contaminada.


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Redox (potencial de oxidacin-reduccin)

Elpotencial de oxidacin-reduccin de materiales disueltos en agua se mide con un metal noble y

un electrodo de referencia y es una medida de su potencial electrnico de equilibrio y de su capacida

rela va para reaccionar con otros materiales oxidantes o reductores que pueden aadirse al

agua.

Hay que sealar que en la medida del pH, el electrodo de vidrio capta los cambios en la concentracin

del ion hidrgeno ac vo, mientras que en la medida del potencial de oxidacin-reduccin, el

electrodo de metal noble (normalmente es pla no) es sensible a los cambios en la relacin entre

el agente reductor y el agente oxidante. As, pues, el electrodo de metal noble puede denominarse "electrodo sensible a los electrones" de forma paralela al electrodo de vidrio considerado como

"elemento sensible al ion hidrgeno".


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El estndar cero de medida de potencial es el del electrodo de hidrgeno denido como:

H2 = 2H+ + 2e- E0 = 0,000 voltios Este estndar se aplica en laboratorio; en la industria se u lizan principalmen

dos pos de electrodos:

1. Electrodo de plata/cloruro de plata con electrlito 4NCIK de E0 = -0,199 vos. 2. Electrodo de calomel con electrlito de CIK saturado con E0 = 0,244 vol os La medida del potencial de oxidacin-reduccin viene dada por la diferencia

potencial entre el electrodo de metal noble y el de referencia segn la frmula:


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en la que:

Eh = potencial de oxidacin relativo al electrodo de hidrgeno

E0 = potencial de oxidacin del electrodo de referencia relativo al electrodo de hidrgeno

R = constante de los gases perfectos

T = temperatura absoluta

n = nmero de electrones transferidosF = carga de Faraday

(oxid) = concentracin del material en forma oxidante

(red) = concentracin del material en forma reductora

Los instrumentos amplificadores e indicadores o registradores de Redox ulizan la misconstrucciny los mismos circuitos bsicos que los instrumentos de pH. Su exactitud es de 1 mV


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Concentracin de gases

En la industria interesa determinar laconcentracin de los gases tcomo CO2, CO + H2, O2 u

otros, bien en el anlisis de humos de salida de las calderas de vapara comprobar su combus-

tin correcta, bien en el anlisis de concentracin de gases desdepunto de vista de seguridad

ante una eventual explosin, etc. Los analizadores se basan, en general, en propiedades caractersticaslos gases, tales como la

conductibilidad trmica, el paramagnetismo del oxgeno y el coeficiede absorcin infrarroja.


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Conductividad trmica

Un caso clsico de aplicacin del principio de conductividad determinacin del contenido en dixido de carbono de los gases deuna caldera de vapor. Esta determinacin se basa en la diferentetrmica de dicho gas cuando se compara en una clula con el aire uconstituyentes del gas de combustin. El gas se aspira con una bomclula. sta con ene un hilo de resistencia calentado elctricamenteuna temperatura ligeramente superior a la de las paredes. Con unlimitando la elevacin de temperaturas del hilo caliente, se co

transmisin de calor por conveccin y radiacin sea despreciatemperatura y, por consiguiente, la resistencia del hilo central seaproporcional a la conductividad del gas que lo rodea. Las varitemperatura del gas y del instrumento se compensan por mediocerrada idn ca de medida de la conductividad trmica, que concomposicin conocida (o bien dos clulas de muestra y dos clulas demedida efectuada en la prctica es la diferencia de resistencia dcontacto con el aire y con el gas de combustin, respectivamente, y secircuito de puente de Wheatstone.


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El sistema se u liza bsicamente para la mezcaire-CO2 pero tambin puede emplearse en otrgases.


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Paramagnetismo del oxgeno

El paramagnetismo es unapropiedad que poseen variosmateriales, entre ellos eloxgeno; se magnetizan cuando seexponen a la accin de un campomagntico. De este modo unabola suspendida en equilibrio enun campo magntico variar deposicin al pasar el gas a analizarya que el oxgeno del gasabsorber parte de la energamagn ca disponible en el campo.


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Analizador de infrarrojos

Elanalizador de infrarrojos ( gura 7.55) fue estudiado ya al demedida del punto de roco de los gases. La radiacin infrarrojuna pequea porcin del espectro electromagntico, y es absocantidades distintas por varios gases. Algunos gases talesoxgeno, el nitrgeno, el hidrgeno, el cloro y otros elemenabsorben, prcticamente, radiaciones infrarrojas. Otros, sincomo el CO2, CO, CH4, C3H8, SO2, NH3 o vapor de agua lo abscantidades detectables.


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I = radiacin infrarroja que alcanza el detector con la muestra

en el camino de la radiacin

I0 = radiacin infrarroja que alcanza el detector sin la muestra

en el camino de la radiacin

a = coe ciente de absorcin de los componentes puros de

inters en la longitud de onda

analizada (depende de las unidades seleccionadas para b y c)

b = longitud del camino seguido por la muestra

c = concentracin del componente de la muestra


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GRACIAS POR SU ATENCION.

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