VARIABLES DE LOS PROCESOS

PROCESOS Y VARIABLES DE LOS PROCESOS

Un proceso es cualquier operacin o serie de operaciones que produce un cambio fsico o

qumico en una sustancia o en una mezcla de sustancias. La sustancia o sustancias que

entran en un proceso se conocen como entrada o alimentacin y aquellas que salen de 1 se

llaman salida o producto.

Una unidad de proceso es un aparato o equipo donde se lleva a cabo una de las operaciones

que constituyen el proceso. Cada unidad del proceso est asociada con un conjunto de

flujos o corrientes del proceso de entrada y salida, que constituyen las sustancias que entran

y salen de cada unidad. En la Figura 1.a) puede observarse un esquema del proceso para

obtener monoclorodecano (producto principal) y diclorodecano (producto secundario) a

partir de cloro y decano (entradas o alimentaciones).

Se pueden disear unidades del proceso individuales (como reactores, columnas de

destilacin, intercambiadores de calor), puede supervisar la operacin de un proceso, o bien

modificar un diseo para efectuar un cambio en las caractersticas de la alimentacin o del

producto deseado. Como regla general, para hacer cualquiera de estas cosas, necesita

conocer las cantidades, composiciones y condiciones de las sustancias que entran y salen de

cada unidad del proceso.

MASA Y VOLUMEN

La densidad de una sustancia es la masa por unidad de volumen de la misma. Las unidades

en que puede ser expresada son: kg/m3, g/cm3, lbm/ft3, etc. Del mismo modo, el volumen

especfico de una sustancia es el volumen por unidad de masa de la misma (m3/kg, ft3/lbm

etc.) y es, por lo tanto, la inversa de la densidad. Las densidades de los slidos y lquidos

puros son relativamente independientes de la temperatura y la presin, y pueden

encontrarse en la bibliografa clsica (como el R. H. Perry y D. W. Green, Eds., Perry's

Chemical Engineers' Handbook, sexta edici6n, Mc- Graw Hill, Nueva York, 1984. pp. 3-6 a

3-44

La densidad de una sustancia puede utilizarse como un factor de conversin para relacionar

la masa y el volumen de una cantidad de esa sustancia.

El peso especfico de una sustancia es el cociente entre la densidad de la misma y la densidad de una sustancia de referencia ref en determinadas condiciones: La sustancia de referencia ms frecuentemente utilizada para slidos y lquidos es el agua a

4.0C, que tiene la siguiente densidad:

De este modo, la densidad de un lquido o de un slido en g/cm3 es numricamente igual al

peso especfico de esa sustancia. La notacin significa que el peso especfico de una

sustancia a 20C con respecto al agua a 4C es 0.6.

De este modo, si posee el peso especfico de una sustancia, multiplicndola por la densidad

de la sustancia de referencia en cualquiera de sus unidades se obtiene la densidad de la

sustancia en las mismas unidades.

Nota: Las unidades especiales de densidad conocidas como grados Baume (Be), grados

API (API) y grados Twaddell (Tw) se utilizan ocasionalmente, en particular en la

industria del petrleo. Las definiciones y los factores de conversin para estas unidades se

proporcionan en la pagina 1-19 del Perry's Chemical Engineer's Handbook.

VELOCIDAD DE FLUJO

Velocidad de flujo msico y volumtrico Los procesos continuos involucran el movimiento

de las sustancias de un punto a otro del sistema (corrientes), a1gunas veces entre unidades

del proceso, otras desde las instalaciones de produccin hasta el almacn de transporte o

viceversa. La velocidad a la que se transporta una sustancia a travs de una lnea de un

proceso es la velocidad de flujo de esa sustancia.

La velocidad de flujo de una corriente en un proceso puede expresarse como una velocidad

de flujo msico (masa/tiempo), o bien como una velocidad de flujo volumtrico

(volumen/tiempo).

Supongamos que un fluido (un gas o un lquido) fluye a travs del tubo cilndrico, donde el

rea sombreada representa una seccin perpendicular a la direccin del flujo. Si la

velocidad de flujo msico el fluido es m (kg/s), entonces m kilogramos de fluido pasan a

travs de la seccin transversal cada segundo.

Si la velocidad de flujo volumtrico del fluido en esta seccin transversal es V (m3/s),

entonces V metros cbicos del fluido pasan a travs de la seccin transversal cada segundo.

Sin embargo, la masa m y el volumen V de un fluido (en este caso, el fluido que pasa a

travs de la seccin transversal cada segundo) no son cantidades independientes, sino que

estn relacionadas mediante la densidad del fluido

Por lo tanto: La densidad de un fluido puede utilizarse para convertir una velocidad de flujo

volumtrico conocida de una corriente de un proceso en la velocidad de flujo msico de esa

corriente o viceversa.

Medicin de la velocidad de flujo

Un medidor de flujo es un dispositivo montado en la lnea de un proceso, el cul

proporciona una lectura continua de la velocidad de flujo en la lnea.

En Perry's Chemical Engineer's Handbook, pginas 5-7 a 5-17, se encuentra la descripcin

de muchos otros medidores de flujo.

El rotmetro es un tubo vertical que contiene un flotador; cuanto mayor sea la velocidad de

flujo, tanto mayor ser la altura que alcanza el flotador en el tubo. El medidor de orificio es

una obstruccin en el canal del flujo que tiene una abertura estrecha, a travs de la cual pasa

el fluido.

La presin del fluido disminuye de la parte anterior al orificio a la parte posterior a l; la

cada de presin (que se mide con un manmetro diferencial que se describe ms adelante)

vara con la velocidad de flujo: si la velocidad de flujo aumenta, la cada de presin ser

mayor.

COMPOSICION QUIMICA

Moles y masa molar El peso atmico de un elemento es la masa de un tomo en una escala

que asigna una masa de exactamente 12 al 12C (el istopo del carbono cuyo ncleo posee

seis protones y seis neutrones).

La masa molar (usualmente llamada peso molecular) de un compuesto es la suma de los

pesos atmicos de los tomos que constituyen la molcula del compuesto.

Por ejemplo: el oxgeno atmico (0), tiene un peso atmico de aproximadamente 16 y por

lo tanto, la molcula de oxgeno (02) tiene una masa molar de aproximadamente 32. Un

gramo-mol (g-mol, o mol en el sistema SI) de una sustancia es la cantidad de esa sustancia

cuya masa en gramos es numricamente igual a su masa molar. Si la sustancia es un

elemento, es tcnicamente correcto referirse a un gramo-tomo (atom) ms que a un gramo-

mol. No haremos esta distincin y utilizaremos los moles tanto para elementos como para

compuestos. Otro tipo de moles (por ejemplo, kg-mol o kmol, lb-mol, ton-mol) se definen

de modo similar. Por ejemplo, el monxido de carbono (CO) tiene una masa molar de 28; 1

mol de CO contiene, por lo tanto, 28 g, 1 lb-mol contiene 28 1bm, 1 ton-mol contiene 28

toneladas y as sucesivamente.

Resumiendo: Si el peso molecular de una sustancia es M, entonces hay M kg/kmol, M

g/mol y M lbm/lb-mol de esta sustancia. La masa molar puede utilizarse como un factor de

conversin que relaciona la masa con el nmero de moles de una cantidad de sustancia. Por

ejemplo, 34 kg de amoniaco (NH3: M = 17) son equivalentes a: y 4 lb-mol de amoniaco

son equivalentes a:

(En las conversiones de masa a mol siempre es de gran ayuda incluir la frmula qumica en

la ecuacin dimensional, como se mostr anteriormente.)

Los mismos factores que se utilizan en la conversin de masa de una unidad a otra pueden

utilizarse para convertir las unidades molares equivalentes: por ejemplo, hay 454 g/lbm y

por tanto hay 454 mol/lb-mol, sin importar cual es la sustancia involucrada.

Un gramo-mol de cualquier sustancia contiene 6.02 x 1023 molculas de esa sustancia (que

es el nmero de Avogadro.

FRACCIONES EN MASA, FRACCIONES MOLARES Y MASA MOLAR PROMEDIO

Ocasionalmente los flujos de los procesos contienen una sola sustancia y con frecuencia

consisten en mezclas de lquidos o gases o de disoluciones de uno o ms solutos en un

disolvente lquido.

CONCENTRACIN

La concentracin en masa de un componente en una mezcla o disolucin es la masa de este

componente por unidad de volumen de la mezcla (g/cm3, lbm/ft3, kg/in3,...).

La concentracin molar de un componente es el nmero de moles del componente por

unidad de volumen de la mezcla (mol/m3, kg mol/m3, lb-mol/ft3,). La molaridad de una disolucin es el valor de la concentracin molar del soluto expresada en gramos-mol de

soluto/litro de disolucin.

La concentracin de una sustancia en una mezcla o en una disolucin puede utilizarse como

un factor de conversin para relacionar la masa (o moles) de un componente en una

muestra de la mezcla con el volumen de la muestra o para relacionar la velocidad de flujo

msico (o molar) de un componente de un flujo continuo con la velocidad de flujo

volumtrico del mismo.

PRESION

Presin de un fluido y columna hidrosttica La presin es el cociente entre una fuerza y el

rea sobre la que acta la fuerza. Por lo tanto, las unidades de la presin son las unidades de

la fuerza divididas en las unidades de rea (es decir,

N/m2, dinas/cm2 y lbf/in2 o psi). En el sistema SI es N/m2 que se conoce como pascal

(Pa).

Consideremos un fluido (gas o lquido) contenido en un recipiente cerrado o fluyendo a

travs de un tubo y supongamos que en la pared del recipiente hay un orificio de rea A, La

presin del fluido puede definirse como el cociente F/A, donde F es la fuerza mnima que

se debe ejercer sobre una tapa en el orificio para evitar que el fluido escape del recipiente.

Debemos presentar una definicin adicional de la presin de un fluido para explicar el

concepto de presin atmosfrica y para discutir los mtodos usuales de medicin de

presiones de los fluidos en tanques y tubos. Supongamos una columna vertical de fluido de

altura h (m), que tiene un rea de seccin transversal uniforme A (m2). Supongamos,

adems, que el fluido tiene una densidad (kg/m3) y que se ejerce una presin P0 (N/m2) sobre la superficie superior de la columna.

La presin P del fluido en la base de la columna, llamada presin hidrosttica del fluido, es,

por definicin, la fuerza F ejercida sobre la base dividida por el rea de la base A. F debe

ser igual a la suma de la fuerza sobre la superficie superior y el peso del fluido en la

columna. No es difcil demostrar que

Como A no aparece en esta ecuacin, la formula se puede aplicar a una columna de fluido

tan estrecha como un tubo de ensayo o tan ancha como el ocano.

Adems de que la presin puede expresarse como una fuerza por unidad de rea, sta puede

escribirse como una columna de un fluido particular; esto es, como la altura de una

columna hipottica de este fluido que ejercera una determinada presin en su base, si la

presin en la parte superior de esta fuese cero. Se puede hablar entonces de una presin de

14.7 psi o en forma equivalente, de una presin (o columna) de 33.9 pies de agua (33.9 ft de

H2O) o 76 cm de mercurio (76 cm Hg). La equivalencia entre una presin P (fuerza/rea) y

la columna correspondiente Ph (altura de un fluido) la proporciona la ecuacin anterior con

P0 = 0:

Nota De ahora en adelante usaremos una P sin subndice para denotar la presin, expresada

como (fuerza/rea) o como la columna de un fluido.

La relacin entre la presin en la base de una columna de fluido de altura h y la presin en

la parte superior es particularmente simple si se expresan estas presiones como columnas de

fluido; por ejemplo, si la columna es de mercurio, entonces Las unidades mm de Hg pueden

sustituirse por cualquier otra unidad de longitud y cualquier otra sustancia.

Existen tablas de conversin que presentan valores de presin expresados en diferentes

unidades usuales de fuerza/rea y como columnas de mercurio y de agua. El uso de esta

tabla para la conversin de unidades de presin se muestra con la conversin de 20 psi a cm

de Hg.

Se ha designado el valor tpico de la presin atmosfrica al nivel del mar, 760 mm de Hg,

como un valor estndar de 1 atmsfera.

Las presiones de los fluidos que hemos mencionado son todas presiones absolutas, ya que

una presin de cero corresponde al vaco perfecto. Muchos aparatos de medicin de presin

proporcionan la presin manomtrica de un fluido o la presin en relacin con la presin

atmosfrica. Una presin manomtrica de cero indica que la presin absoluta del fluido es

igual a la presin atmosfrica. La frmula de conversin entre presiones absolutas y

manomtricas es

Pabsoluta = Pmanomtrica + Patmosfrica

Las abreviaturas psia y psig se utilizan frecuentemente para denotar presiones absolutas y

manomtricas, respectivamente, en lbf/pul2. Tambin es usual referirse a presiones

manomtricas negativas (presiones absolutas menores que la atmosfrica) como cantidades

positivas de vaco; por ejemplo, una presin manomtrica de -1 cm de Hg (75.0 cm de Hg

absolutos, si la presin atmosfrica es de 76.0 cm de Hg) puede denominarse tambin 1 cm

de vaco.

MEDICIN DE LA PRESIN DE UN FLUIDO

Existen varios aparatos mecnicos que se utilizan para medir la presin de fluidos. El ms

comn de estos equipos es el manmetro de Bourdon, que es un tubo hueco cerrado por

uno de sus extremos y doblado en forma de C. El extremo abierto del tubo est expuesto al

fluido cuya presin se desea medir. A medida que aumenta la presin, el tubo tiende a

enderezarse produciendo el movimiento de rotacin de una aguja unida al tubo. La posicin

de la aguja sobre un disco calibrado indica la presin manomtrica del fluido. La figura 6

muestra un diagrama esquemtico de un manmetro de Bourdon, este se utiliza para medir

presiones de fluidos desde vacos cercanos al perfecto hasta cerca de 7000 atm. Las

mediciones de presin de mayor precisin, se realizan con otro tipo de manmetros.

Un manmetro es, en general, un tubo en forma de U parcialmente lleno con un lquido de

densidad conocida (el fluido manomtrico). Cuando los extremos del tubo estn expuestos

a diferentes presiones, el nivel del fluido disminuye en el brazo de alta presin y aumenta

en el de baja presin.

La diferencia entre las presiones puede calcularse a partir de la diferencia medida entre los

niveles del lquido en cada brazo.

Los manmetros se utilizan de varias formas, como se muestra en la figura 7. En cada

diagrama, la presin P1 es mayor que la presin P2. La figura 7a muestra un manmetro

abierto: uno de los extremos est expuesto a un fluido cuya presin se desea medir y el otro

est abierto a la atmsfera.

La frmula que relaciona la diferencia de presin P1 P2 con la diferencia en los niveles de fluido en el manmetro se basa en el principio que establece que la presin del fluido

debe ser la misma en dos puntos cualquiera que estn a la misma altura en un fluido

continuo. En particular, la presin a la altura de la superficie inferior del fluido del

manmetro es igual en ambos brazos del manmetro.

Si escribimos e igualamos las expresiones para las presiones en los puntos (a) y (b), se

obtiene la ecuacin general manomtrica.

Ecuacin general manomtrica:

En un manmetro diferencial, los fluidos 1 y 2 son el mismo, y consecuentemente 1 = 2 = . La ecuacin general manomtrica se reduce a

TEMPERATURA

La temperatura de una sustancia en un estado de agregacin en particular (slido, lquido o

gas) es una medida de la energa cintica promedio que poseen las molculas que forman la

sustancia. Como esta energa no puede medirse directamente, la temperatura debe

determinarse indirectamente midiendo alguna propiedad fsica de la sustancia cuyo valor

depende de la temperatura de una manera conocida. Tales propiedades y los equipos de

medicin de temperatura basados en ellas, incluyen la resistencia elctrica de un conductor

(termmetro de resistencia), el voltaje en la unin de dos metales diferentes (termopar), el

espectro de radiacin emitida (pirmetro) y el volumen de una masa fija de un fluido

(termmetro).

Un termopar es un aparato para medir temperatura que consiste en dos alambres de metal

distintos unidos por un extremo.

El voltaje generado en la unin metlica se registra en un potencimetro o milivoltimetro.

Cuando se utilizan ciertos metales, el voltaje vara linealmente con la temperatura en la

unin de los dos metales.

Las escalas de temperatura pueden definirse en trminos de cualquiera de estas propiedades

o en trminos de fenmenos fsicos, como la congelacin y la ebullicin, que tienen lugar a

temperaturas y presiones constantes. Uno puede referirse, por ejemplo, a "la temperatura a

la que la resistencia de un alambre de cobre es de 1.92 x 10-6 ohms/cm3" o a la

"temperatura que est a dos tercios de una escala que empieza en el punto de ebullicin del

agua a 1 atm y que termina en el punto de fusin del NaCl".

Adems de estas escalas fsicas, es conveniente tener una escala de temperatura numrica

simple, entre otras razones, para no tener que utilizar 25 palabras para dar un solo valor de

temperatura.

Una escala de temperatura definida se obtiene asignando arbitrariamente valores numricos

a dos temperaturas medibles y reproducibles; por ejemplo, se asigna un valor de 0 al punto

de congelacin del agua y un valor de 100 a su punto de ebullicin, a una presin de 1 atm.

Esto especifica completamente la escala, ya que adems de localizar estos dos puntos,

aclara que la longitud de una unidad de intervalo de temperatura (llamada un grado) es

l/100 de la distancia entre los dos puntos de referencia en la escala.

Las dos escalas ms comunes de temperatura se definen utilizando el punto de congelacin

(Tf) y el punto de ebullicin (Tb) del agua a una presin de 1 atm.

Escala Celsius (o centgrada): A Tf se le asigna un valor de 0 C y a Tb se le asigna un

valor de 100 C. El cero absoluto (tericamente la temperatura mas baja que se puede

alcanzar en la naturaleza) en esta escala corresponde a -273.15 C.

Escala Fahrenheit. A Tf se le asigna un valor de 32 F y a Tb se le asigna uno de 212 F. El

cero absoluto corresponde a -459.67 F.

Las escalas Kelvin y Rankine se definen de forma que el cero absoluto corresponde a un

valor de cero y el tamao de un grado sea igual a un grado Celsius (en la escala Kelvin) o a

un grado Fahrenheit (en la escala Rankine).

Las siguientes relaciones pueden utilizarse para convertir una temperatura expresada en una

unidad de una escala definida en su equivalente en otra.

T(K) = T(C) + 273.15 (E-1)

T (R) = T (F) + 459.67 (E-2)

T (R) = 1.8 T (K) (E-3)

T (F) = 1.8 T (C) + 32 (E-4)

Las ecuaciones como estas siempre se proporcionan en la forma de la ecuacin de una recta

(y = ax + b). Si (A) y (B) se encuentran en cualesquiera dos unidades de temperatura,

para encontrar la ecuacin para T(B) en trminos de T(A) se deben conocer los valores

equivalentes en cada escala de dos valores de temperatura, por ejemplo T1 y T2. Entonces

1. Escriba T(B) = aT(A) + b.

2. Sustituya T1(B) y T1(A) en la ecuacin; tienes entonces una ecuacin con dos

incgnitas (a y b). Sustituya T2(B) y T2(A) para obtener la segunda ecuacin con las

mismas dos incgnitas, y resuelve para a y b.

Un grado es tanto un valor de temperatura como un intervalo de temperatura, hecho que a

veces lleva a confusiones. Consideremos el intervalo de temperatura de 0C a 5C. Hay

nueve grados Fahrenheit y Rankine en este intervalo y solo cinco grados Celsius y Kelvin.

Un intervalo de 1 grado Celsius o Kelvin contiene, por tanto, 1.8 grados Fahrenheit o

Rankine, lo que nos conduce a los factores de conversin

Nota: Estos factores de conversin se refieren a intervalos de temperatura, no a valores de

temperatura.

VARIABLES FISICAS

-PESO

El peso de un cuerpo es la fuerza con que es atrado con la tierra. La relacin entre la masa

del cuerpo, es decir, la cantidad de materia que contiene, y su peso viene dado por la

expresin.

P = mg.

Donde:

P = peso

m = masa

g = aceleracin debido a la gravedad.

Como las masas de un cuerpo son constantes y la aceleracin de la gravedad vara con lugar

(es de 9.78 en el ecuador y 9.83 en los polos) y tambin con la altura, es obvio que el peso

del cuerpo varia segn el lugar de la tierra y la altura a que est sobre el nivel del mar.

Esto es evidente efectuado la medida con una balanza resorte, sin embargo, en una

balanza clsica de cruz, la medida se efecta como comparacin con pesos conocidos y

como stos estn sometidos tambin a la misma fuerza de gravitacin, la lectura ser

independiente de lugar donde se realiza la medicin. As mismo como los dems tipos de

bsculas se ajustan usualmente con pesos patrn, las medidas realizadas sern tambin

independientes de las variaciones de g con la altura y con el lugar de la tierra donde estn

instaladas. Otro factor que acta en la medicin es la diferencia de empuje del aire.

En la industria interesa determinar el peso de las sustancias en las operaciones de inventario

de materias primas, de productos finales, en la mezcla de ingredientes, etc.

Existen varios mtodos para medir el peso:

Comparacin con otros pesos patrones (balanza y bscula).

Clulas de carga a base de galgas extensiomtricas.

Clulas de cargas hidrulicas.

Clulas de cargas neumticas.

La comparacin con otros patrones la realizan las balanzas y las bsculas.

La balanza clsica est constituida por una palanca de brazos iguales llamada cruz que

apoyan en el centro y de cuyos extremos cuelgan dos platillos que soportan los pesos.

Puede medir desde unos pocos gramos hasta 300 Kg. Su campo de medida llega hasta 40

Kg. Y se emplean en las operaciones de llenado o de comprobacin de pesos de objetos

determinados.

Las balanzas y las bsculas son sencillas y de gran precisin pudiendo alcanzar las primeras

del = 0.002 al 0.05% y las segundas el 0.1%. Sin embargo, presenta los inconvenientes de

su lente velocidad de respuesta, la posible corrosin que a taca al juego de las palancas en

particular lo puntos de apoyo y que se debi a la suciedad, al polvo, a los vapores y a la

humedad presentes en los ambientes industriales y a l desgaste de las piezas mviles, lo que

redunda en perjuicio de las pesadas.

La clula de carga de base de galgas extensomtricas. Consiste esencialmente en una clula

que contiene una pieza de elasticidad conocida (tal como el acero de mdulo de elasticidad

2.1 x 106 kg/cm2) capaz de soportar la carga sin excederse de su limite de elasticidad. La

tensin o la compresin a que el peso somete a la clula de carga, hace variar a la longitud

de hilo metlico y modificar por lo tanto su resistencia elctrica.

La galga o conjunto de galgas forman parte de un puente de Wheastone y es fcil

determinar stas variaciones de resistencias. Por otro lado, como se conoce el mdulo de

elasticidad de la pieza de acero de la clula, el puente puede calibrarse directamente en

unidades de tensin, es decir, en Kg/cm2 y al ser conocida la superficie de apoyo puede

encontrarse inmediatamente el peso total que descansa sobre las clulas de carga.

Las galgas extensiomtricas se prestan a la transmisin electrnica de la pesada. Un sistema

de pasaje electrnico con clulas extensomtricas est formado por un conjunto de clulas

de carga, un puente de medida, y en caso necesario la tara del objeto o producto que pesa.

Las clulas estn protegidas contra la humedad y el polvo, tienen una precisin de 0.2%,

admiten indicacin a distancia y puede medir pesos de 20Kg. a ms de 150 t. Necesitan

compensacin de temperatura del hilo de la resistencia y de la pieza de acero deformable y

son relativamente caras.

Las Clulas de carga hidrulicas. Consisten en un pistn sobre el que apoya la carga, que

ejerce una presin sobre el fluido hidrulico. Segn la carga y de acuerdo al rea del pistn

se crea una presin en el aceite que puede medirse por medio del manmetro de Bourdon y

que por lo tanto refleja indirectamente la carga. Sumando las presiones hidrulicas de varias

clulas de carga y aplicndola a un transmisor electrnico e equilibrio de fuerzas se obtiene

una seal elctrica que puede leerse en un indicador digital y utilizarse en sistemas de

pesaje electrnicos.

Las clulas de cargas hidrulicas se fabrican para unas capacidades de carga de 40 Kg.

hasta 90 t son de respuestas rpida (menos de 2 segundos), su precisin es de 0.2%,

admiten sobrecarga hasta el 40%, pueden fabricarse a prueba de explosin y son resistentes

a vibraciones.

Consisten en un transmisor neumtico de carga en el peso situado en la plataforma de carga

se compara con el esfuerzo ejercido por un diagrama alimentado a una presin de tarado

ajustable.

El sistema adopta una diseccin de equilibrio gracias al conjunto toberaobturador y a la

cmara de realimentacin del transmisor. La presin del aire alcanzada en sta cmara

indica el peso. La capacidad de carga de las clulas neumticas varan de 10kg. a 10t,

poseen una precisin de 0.2% y se adaptan fcilmente al control neumtico con el

inconveniente de precisar de aire comprimido de instrumentos.

TABLA 1. SISTEMAS DE MEDIDA DE PESO.

SISTEMA CAPACIDAD PRECISIN % VENTAJAS DESVENTAJAS

Balanza Gramos a 300

kg. 0,002-0,05

Simple, precisa,

barata

Lenta, corrosin

local

Bscula Gramos de

toneladas 0.1

Simple, precisa

barata

Lenta, corrosin

local

Galga

extensomtrica 20kg.- 400 t 0.02, 0.2

Instalacin

simple.

Indicacin a

distancia,

protegida contra

la corrosin.

Caras,

compensacin

temperatura.

Clula hidrulica 40kg. - 90 t 0.2

Instalacin

simple,

resistente a

vibracin,

admite 400%

sobrecarga a

prueba explosin

indicacin a

distancia.

Caras, transmisor

electrnico para

sumar seales de

varias clulas

afectas por la

temperatura

calibracin

frecuente

Clula

neumtica 10kg. - 10 t 0.2

Se adapta a

control

neumtico.

Indicacin a

distancia.

Aire instrumentos

Afectada por la

temperatura

calibracin

frecuente.

-VELOCIDAD

La medicin de la velocidad en la industria se efecta de dos formas, con tacmetros

mecnicos y con tacmetros elctricos detectan el nmero de vueltas del eje de la mquina

por medios exclusivamente mecnicos pudiendo incorporar o no la medicin conjunta del

tiempo para determinar el nmero de revoluciones por minuto (r.p.m.), mientras que los

segundos captan la velocidad por sistemas elctricos.

Para usos industriales se sueles utilizar los tacmetros elctricos por que permiten la

transformacin directa de la seal para alimentar los instrumentos registrados o

controladores del panel.

Tacmetros mecnicos:

El tacmetro mecnico ms utilizado es el tpico controlador de revoluciones empleadas

para medir localmente la velocidad de rotacin de toda clase de mquinas o dispositivos

giratorios. Este controlador consiste bsicamente en un eje elstico determinado en punta

que se apoya sobre el centro de la pieza giratoria. El eje elstico se mueve a travs de un

tren de engranes dos diales calibrados concntricos. Cada divisin del da exterior

representa una vuelta del eje giratorio mientras que el dial interior una divisin da una

revolucin del da exterior; conocido el tiempo de trabajo del contador, medido mediante

un cronmetro, es fcil calcular la velocidad media en r.p.m.

Los tacmetros centrfugos: se basan en el volante centrfugo clsico empleado

inicialmente en las calderas del vapor. Dos pesos rotativos articulados a un eje giratorio

aumentan su radio debido a la fuerza centrfuga y comprimen un resorte. La medida de la

compresin del resorte leda en una escala representa la velocidad de giro del eje. La

velocidad lmite que pueden medir estos instrumentos es de ms de 40,000 r.p.m., con una

precisin de 1%. Estos aparatos pueden disponer de transmisin hidrulica o neumtica.

Tacmetros elctricos:

Los tacmetros elctricos emplean un transductor que produce una seal anloga o

analgica como conversin de la velocidad de giro del eje de la mquina. Existen

tacmetros segn los transductores.

Tacmetro de corrientes parsitas: En el que el eje de la mquina hace girar un imn dentro

de una copa de aluminio. El giro del imn induce corrientes parsitas en el aluminio que

crean un par resistente proporcional a la velocidad. Un resorte frena el cabezal de aluminio

quedando ste en una posicin que se seala en un diodo. De ste modo funciona el

tacmetro elctrico empleado en un automvil, en alimentacin la mquina hace girar el

imn permanente a travs de un grupo generador de motor sncrono, mientras que en la

mquina del ferrocarril se utiliza un rotor que produce un campo magntico giratorio. El

cambio de medida es de 0-15,000 r.p.m.

El tacmetro de corriente alterna: Consiste en un estator embobinado multipolar en el que

el rotor de paso de imn y por lo tanto el giro en r.p.m. del eje de la mquina.

El tacmetro de frecuencia o frecunciametro: Mide la frecuencia de la seal de c.a. captada

por transductores del tipo electromagntico, capacitivo u ptimo que dan impulsos cuyo

nmero es proporcional a la velocidad de giro de la mquina. El transductor no tiene

contacto mecnico con el eje rotativo.

-Densidad R y Peso especfico (g).

La densidad o masa especfica de un resorte se define como su masa por unidad de

volumen, expresndose normalmente en gm/cm3. Como la densidad vara con la

temperatura y con la presin (los gases) s especfica para un valor base de temperatura que

en los lquidos suele ser de 0 c o de 15 C y en los gases es de 1 atmsfera. La densidad

relativa es la relacin para iguales volmenes de las masas del cuerpo y del agua a 4 en el

caso de lquidos, y en los gases la relacin entre la masa del cuerpo y la del aire en

condiciones normales de presin y de la temperatura (0 y 1 atm.).

El peso especfico es el peso del fluido por unidad de volumen. Por lo tanto, entre el peso

especfico y la densidad existir la relacin.

Peso especfico = densidad x g.

Siendo g la aceleracin de la gravedad. Si el peso especfico (g) y la densidad R se refiere

al agua en el caso de los lquidos o al aire en el caso de los gases (densidad relativa), como

g tiene I mismo valor en el lugar donde se efecta la medicin resultar que el peso

especfico relativo ser igual a la densidad relativa.

Peso especfico del agua = densidad del agua x g.

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

vez en el caso de la determinacin de la concentracin de algunos productos qumicos

como el cido sulfrico, la medida exacta del caudal en vapores o gases que vienen 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, etc.

-Medida de la densidad.

Aermetros.

Los aermetros consisten en un flotador lastrado en su parte inferior con vstago superior

graduado. El aparto se sumergir hasta que si peso es equilibrado por el lquido que

desaloja hundindose en cualquiera de las unidades anteriores. Incorporndose un

transductor de inductancia variable con la armadura fija en la parte inferior del flotador y

con la bobina dispuesta en el exterior del recipiente es posible transmitir elctricamente a

distancia la densidad siempre que mantenga una altura constante del lquido con un

rebosadero.

Una variable del airmetro anterior consiste en un flotador con un lastre en forma de

cadena sujeta a un punto fijo del recipiente. El flotador completamente sumergido dentro

del lquido y segn su densidad se sumerge ms o menos variando proporcionalmente el

peso especfico de la cadena.

La precisin general de los aermetros es de 1 a 3% y admiten presiones y temperaturas

mximas de servicio de 6- 8 kg/cm2 y de 120-130C. Son aptos para trabajar con lquidos

limpios.

Mtodos de presin diferencial.

En este sistema se fijan dos puntos en el tanque o en una tubera vertical del proceso y se

les conecta un instrumento de presin diferencial, bien directamente o bien a travs de una

cmara de medida.

La presin diferencial medida por el instrumento es:

P = hg.

En el caso de fluidos no demasiados limpios, muy viciosos o corrosivos, existe el riesgo de

que las conexiones del instrumento se obture o se destruyan. En este caso puede emplearse

el sistema de purga de aire o de gas e incluso de lquido a travs de dos tuberas colocadas

en el seno del lquido y cuyos extremos estn separados a una distancia fija.

En otro sistema utilizado en cmaras de medida a presin atmosfrica se llena el ramal de

menor presin del instrumento con lquido de altura constante que sirve como referencia.

Dos casos pueden presentarse: que la densidad del lquido de referencia sea mayor o sea

menor que lquido del proceso. Para simplificar el ajuste y la calibracin del instrumento, se

acostumbra a igualar la altura de referencia a la presin ejercida en la mayor forma inferior

por el lquido de menor densidad.

En cambio, si por exigencia fsicas del proceso, la altura de referencia es distinta de 0.747m

y se fija por ejemplo en 0.9m, resulta; presin diferencial del instrumento con el lquido de

menor densidad.

Mtodo de desplazamiento.

En este sistema se emplea un instrumento de desplazamiento de torsin o barra de torsin

parecido si es utilizado en la medicin de nivel de lquidos. El flotador est totalmente

sumergido en el lquido y est equilibrado exteriormente para que el par de torsin

desarrollado represente directamente la densidad del lquido.

El mtodo de desplazamiento tiene una presin de 1% con una amplitud de medida de

densidad que puede llegar hasta un mnimo de 0.005. Las presiones y las temperaturas de

servicio alcanzan los 40 kg./cm2 y 200 C. Este sistema puede emplearse en lquidos

limpios no siendo adecuado en lquidos pegajosos o que tengan slidos en suspencin ya

que podran adherirse al flotador y falsear la medida.

Refractmetro.

Los Refractmetros se utilizan en los fluidos limpios. Consisten en una fuente luminosa de

filamento de tungsteno que inciden en el lquido con un ngulo determinado tal que la

reflexin de la luz pase a la refraccin. El haz luminoso se enfoca en un prisma rotativo que

barre el lquido del proceso. La refraccin que se presenta cuando el rayo luminoso incide

con el ngulo crtico se detecta una cnula fotoelctrica y la seal se amplifica para su

registro y control correspondiente.

Los refractmetros no son influidos por los slidos no disueltos no por el aire en solucin.

Su campo de medida es de 0.004 y su precisin es de 0.0001 g/cm3. Los lquidos pegajosos

o con slidos en suspensin pueden recubrir el prisma y ste precisa entonces de una

limpieza peridica. Se utilizan en evaporadores.

Mtodo de Radiacin.

El mtodo de radiacin se basa en la determinacin del grado con que el lquido.

Fsicamente es inversamente proporcional a la densidad del lquido. Fsicamente, el

instrumento consiste en una tubera o en el tanque a cuyo travs para el lquido, con la

fuente blindada dispuesta en la parte exterior de la tubera o del tanque y con el receptor de

la radiacin instalado en la parte opuesta. Las conexiones elctrica del receptor van a un

registro o controlador situado en el panel de control.

La precisin en la medida es de %, el campo de medida mnimo de densidad es de 0.05 y

el instrumento puede emplearse para todo tipo de lquidos ya que no est en contactos con

ellos.

Mtodo de punto de ebullicin.

En este sistema que se mide la diferencia de temperaturas entre el punto de ebullicin del

lquido que est concentrado y el punto de ebullicin del lquido que se est concentrando y

el punto de ebullicin del agua en las mismas condiciones de presin. Esta diferencia de

temperaturas es funcin de la densidad del lquido y se miden mediante ondas de

resistencias inmersas una en lquido y otra en el agua, conectadas una a un instrumento

diferencial de puente de Wheatstone graduado directamente en densidad.

Mtodo de tubo en U.

El mtodo de tubo en U se utiliza en la medida de la densidad de lquidos y los gases. El

tubo que tiene forma de U incorpora una medida rgida situada dentro del campo de una

bobina excitadora alimentada por una funcin de la masa del fluido contenida en el tubo y

por tanto de su densidad.

Esta vibracin induce una corriente alterna en una bobina receptora y esta corriente es

convertida a una seal de c.c. y enca a una controlador o registrador. En el convertidor c.a.

/c.c puede conectarse a una sonda de resistencia montada en un tubo U para compensar las

vibraciones de la temperatura.

El campo de medida mnimo del instrumento es de 0.05, su precisin vara de 1 a 3% y

puede trabajarse a unas presiones y temperaturas mnimas de 70kg/cm2 y 150 C con

fluidos viscosos y corrosivos gracias al material del tubo en U. Algunos fluidos tienen la

tendencia a recubrir el tubo a pesar de la vibracin a la que est sometido y obliga a parar el

proceso para limpiar el tubo.

Medidor de balanza en gases.

El medidor de balanza empleado en los gases es un sistema muy sensible que se basa en la

aplicacin del principio de Arqumedes. En el interior de una cmara en la que puede entrar

el gas a medir se encuentra en una masa formada por una esfera llena de aire o de gas

patrn a de referencia que se apoya en su centro y lleva en el otro un contrapeso. El gas al

circular dentro de la cmara desequilibra la balanza y transmite stas desviaciones a travs

de una acoplamiento magntico al sistema de indicacin o de registro.

El medidor de arrastre consiste en dos hlices que giran, dentro de una cmara por la que

circula una muestra de gas a medir, y la otra en aire. Los pares desarrollados por ambas

hlices se comparan a travs de un juego de palancas y esta relacin equivale al cociente

entre la densidad del gas y la del aire, es decir, a la densidad relativa. El instrumento e

simple y de respuesta rpida, su precisin es de 0.01.

-Humedad y punto de roco.

Las variables humedad y punto de roco son de extraordinaria importancia en la industria y

se utiliza en el acondicionamiento de aire, en atmsferas protectoras empleadas en

tratamientos trmicos, en secadores y humidificadores en la industria textil, la observacin

de fibras, etc.

Varios trmicos se emplean al hablar de humedad o de punto de roco en el aire o en los

gases.

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 contenido en 1

kg. de aire seco si el aire est en condiciones de saturacin.

Humedad relativa: Es el cociente entre la presin parcial del vapor de agua a una

temperatura t0 y la presin total del vapor de saturacin y a la misma temperatura t0.

Equivale al porcentaje de humedad.

Temperatura Seca: Temperatura del aire medida con un termmetro con bulbo seco, es

decir, en contacto directo de la atmsfera.

Temperatura hmeda: En la temperatura de equilibrio dinmico alcanzado en una superficie

hmeda cuando se le expone al aire. Puede medirse con un termmetro cuyo bulbo est en

ambiente de saturacin lo que se consigue envolvindolo con un pao que se mantiene

hmedo continuamente (bulbo hmedo).

Punto de roco: Es una temperatura lmite a la que el vapor de agua existente en el aire o en

el gas se condensa pasando al estado lquido.

Para los slidos, la humedad puede venir expresada en varias formas:

Contenido de humedad: Expresado tanto por ciento, es la cantidad de agua existente en las

sustancias slidas por unidad de peso o de volumen del slido seco o hmedo. El trmino

se aplica con preferencia en la relacin al slido, es decir, viene expresado en base seca.

Contenido de humedad comercial: Contenido de humedad expresado en Kilogramo de agua

por kilogramo de material al salir ste del proceso de secado.

-DETERMINACIN DE LA HUMEDAD EN EL AIRE Y EN LOS GASES.

Mtodo del elemento del cabello (o nailon): Se basa en la expansin o contraccin lineal

que son caractersticas de los elementos sensibles a las variaciones de humedad, tales como

los cabellos naturales o de fibra de nyln.

Su presin es de orden de 3 a 5% y su campo de medida es de 15 a 95% H.R.

Bulbo seco o hmedo: Este instrumento se basa en la captacin de la temperatura ambiente

o seca y de la temperatura hmeda mediante dos termmetros, uno seco y otro con bulbo

constantemente hmedo.

Observando en el diagrama psicomtrico las temperaturas del bulbo seco y hmedo sobre

las lneas correspondientes, se obtiene por interseccin la humedad relativa.

Clula de cloruro de litio: Clase de cloruro de litio para medir la humedad relativa y

consiste en una clula embebida en cloruro de litio con rejilla de lmina de oro. La sal tiene

la propiedad de variar considerablemente la resistencia al aumentar o disminuir la humedad

ambiente ya que libera o absorbe iones de la pelcula de soporte. Como la humedad relativa

viene determinada simultneamente por el contenido de humedad y por la temperatura del

aire, es obvio que es necesario compensar esta.

El elemento envejece, disminuyendo su indicacin en 1 a 2% por ao, la precisin puede

ser de 2 a 3% de humedad relativa y el elemento puede medir de 5 a 95% de H.R.

-HUMEDAD EN SOLIDOS.

En la determinacin de la humedad de los slidos se emplean los siguientes mtodos:

Secado trmico: Que es el mtodo ms antiguo; se emplea normalmente como

comprobacin de los dems sistemas. Consiste en aplicar calor al material en estado slido,

granular, fibroso e incluso de forma lquida hasta que no puede liberarse ms aguda a no ser

que se aumente la temperatura. El agua se evapora mientras su presin de vapor dentro del

material es mayor que la del aire del horno que le rodea.

El mtodo de secado es fcil de realizar, pero tiene el inconveniente del excesivo tiempo

que requiere y no distingue entre la humedad y las materias voltiles que en el cuerpo

puedan contener o que puedan producir por descomposicin trmica.

Mtodo de conductividad trmica: Se basa en la medida de una muestra del producto al

pasar una corriente a travs de los electrodos en contado con el mismo. Los electrodos

forman parte de una puente de Wheatstone con la indicacin, el registro o el control de la

humedad.

El mtodo da buenos resultados y es repetitivo: Sin embargo, la lectura viene influida

considerablemente por el estado de la superficie de contacto de los electrodos, por la

presin de los mismos en el material, por la temperatura, en particular en los materiales, de

alta resistividad como papel.

El mtodo de capacidad: Se basa en la variacin de la constante dielctrica que el material

experimenta entre el estado hmedo y el estado totalmente seco. Por ejemplo en el caso del

papel, la variacin suele estar entre 2.8 al salir del horno y 80 que es la constante dielctrica

del agua. Los electrodos que constituyen las placas de un condensador cuyo dielctrico es

el material cuya ha de medirse forman parte de un oscilador de lata radio frecuencia cuya

fuente alimenta a un de puente de medida de capacidades se emplean en materiales de

humedad menor de 20 a 25%.

Mtodo de infrarrojos: En el mtodo de infrarrojos aplicado preferencialmente en la

fabricacin de papel, una fuente de rayos infrarrojos emite un haz de rayos hacia la

superficie del material cuya humedad desea medirse. La onda emitida est seleccionada de

tal forma que el agua contenida en el producto absorbe la mxima radiacin infrarroja

mientras que la celulosa absorbe el mnimo.

De este modo, un detector capta la radiacin que atraviesa el material e indica la humedad

correspondiente de la capa de aire intercalada entre el emisor, el material y el detector, de

las variaciones del espesor del material de su posicin relativa entre el emisor y el detector,

se acostumbra usar otra fuente que sirva e referencia.

Mtodo de radiacin: Una fuente de neutrones de alta energa se dirige contra el material de

proceso y parte de la radiacin emitida es reflejada principalmente por los tomos de

hidrogeno existentes en la molculas del material. Como el hidrgeno esta asociado

qumicamente con el agua es posible determinar muy exactamente las moleculares del

material. El mtodo es caro y necesita una supervisin de seguridad y una comprobacin

peridica de la fuente de neutrones.

-PUNTO DE ROCIO.

En la medicin del punto de roco se emplean:

La cmara de niebla: Realiza una medida manual discontinua del punto de roco. Consiste

en una pequea cmara con bomba manual que permite comprimir una muestra de gas. El

operador anota la presin y la temperatura inicial del gas y lo comprime a una presin dada.

A continuacin abre una vlvula de escape a la atmsfera con lo que el gas sufre una

presin adiabtica y baja de temperatura.

La clula de cloruro de litio: Consiste en un manguito de tela impregnado con una solucin

de cloruro de litio, envolviendo una bobina. Sobre el manguito esta arroyado un hilo bifilar

abierto a un extremo y alimentado a travs del secundario de un transformador, con lo que

circula una corriente entre los hilos a travs de la sal del cloruro de litio. Esta tiene la

propiedad caracterstica de mantenerse con una humedad relativa del 11% en equilibrio de

la atmsfera de la humedad. A valores al 11% de la sal se cristaliza y deja de ser

conductora.

La clula es apta para temperatura ambiente de -30 a 130 C (-25 a 265 F). A temperaturas

superiores a 130 C el punto de roco puede medirse admitiendo el paso de aire a una

cmara a temperatura constante y enfrindolo a menos de 80 C (180 F ) antes de circular

a travs de la clula.

El sistema de condensacin en un espejo: Consta de una cmara con un sistema de una

espejo situado en su interior y a cuyo a travs circula una corriente de gas cuyo punto de

roco hay que determinar. Una clula fotoelctrica acta sobre el sistema de refrigeracin o

de calentamiento para seguir el empaamiento constante de la superficie especular. La

temperatura de esta superficie indica el punto de roco de un gas.

El analizador de infrarrojos: No slo puede medir el punto de roco (vapor de agua) sino

cualquiera de varios constituyentes, tales como CO2, COCH4, C3H8, SO2, NH3.

Hay que sealar que la radiacin infrarroja es absorbida por esos gases de un modo

caracterstico, consisten una fuente pulsante de infrarrojos, dos clulas, una de referencia y

otra de muestra cuyo a travs pasan las radiaciones infrarrojas y un detector. Si la cmara

detectora esta llena de vapor de agua, la radiacin infrarroja es absorbida

proporcionalmente a la concentracin de vapor de agua en la clula de gas muestra, con lo

cual disminuye la presin en sta cmara como radiaciones, una de las que pasan por clula

de referencia y la otra lo que pasa a travs de la clula de muestra de gas a analizar, no hay

variacin de presin en la cmara.

-VISCOSIDAD Y CONSISTENCIA.

La viscosidad y la consistencia son trminos que se aplican a los fluidos y que representan

la resistencia que ofrecen al flujo y a la deformacin cuando estn sometidos a un esfuerzo

cortante.

La viscosidad de un fluido definida por Newton es la resistencia que ofrece el fluido al

movimiento entre dos placas paralelas separadas por una distancia unidad, una de ellas fijas

y la otra mvil que se mueve con la velocidad de la unidad. Esta resistencia se presenta

como cociente de entre cortante por unidad de rea y la velocidad cortante por unidad de

espesor de capa de fluido.

Los fluidos se caracterizan por la relacin entre el esfuerzo cortante unitario y la velocidad

unitaria, es decir, la representacin grfica de F/A con relacin a V/e es una lnea recta.

Otros fluidos tienen pendientes variables y no siguen la definicin de newton (fluidos no

newtonianos).

Muchos plsticos requieren la aplicacin de una cierta fuerza a la placa mvil antes de que

sta se mueve y una vez puesta en movimiento la velocidad aparentemente disminuye al

incrementar la velocidad de la placa (pendiente baja). Otros materiales que en reposo estn

coagulados, pasan al estado lquido al estar agitados. El cuerpo St. Venant representan

sustancias que no tienen prcticamente pendientes.

Viscosidad cinemtica: Es el cociente entre la viscosidad dinmica y la densidad del fluido.

Su unidad es el stoke y para valores pequeos emplea el centistoke.

Si la viscosidad se expresa en funcin del tiempo que un volumen determinado del fluido

emplea a travs de un orificio o de un tubo capilar se utiliza en las siguientes unidades.

Escala: Saybolt (EUA).

Escala: Redwood (Inglaterra)

Escala: Engler (Europa).

-VISCOSIMETROS.

Viscosmetros discontinuos se basan en:

Medir el tiempo que emplean un volumen dado un fluido para descargar a travs de

un orificio. El orificio se puede sustituir por un tubo capilar.

Tiempo de cada de una botella de bola metlica o de ascensin de una burbuja de

aire en el seno del fluido contenido en un tubo o bien cada de un pistn 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.

Ultrasonidos. Se mide la energa necesaria para excitar una probeta que vibra

ultrasnicamente en el fluido.

Medidores de consistencia.

Medidores de la distancia que recorre el fluido sobre la regla graduada y un tiempo

determinado.

Medidor de consistencia de disco que mide el par de torsin necesario para hacer girar a

velocidad constante un disco con perfiles caracterizacin dentro del fluido.

En el otro instrumento parecido al anterior, apto para instalarlo en un tanque del proceso un

motor hace girar una agitador de paletas dentro del fluido. El par desarrollado por el

agitador se mide con un transmisor neumtico de para que permita actuar sobre un

controlador y regular as directamente la consistencia del producto.

El medidor de paleta, una paleta de forma especial situado en el seno del fluido mide el

esfuerzo cortante, no siendo influida para las fuerzas de impacto ni por las de rozamiento

gracias a su forma geomtrica. Un transmisor automtico enva la seal correspondiente al

valor de la consistencia.

En el medidor de flotador, el fluido es forzado a circular por un tubo interior se encuentra

un jefe sensible con varias placas transversales incorporadas. La deformacin que sufre el

lquido al pasar por las placas, es funcin de la consistencia y de la fuerza resultante que

experimenta el elemento sensible.

El medidor de puente hidrulico, consiste en una bomba que deriva parte del fluido a travs

de un paralelogramo o puente hidrulico que crea una presin diferencial entre sus dos

vrtices. Un transmisor de sta presin diferencial sealarn directamente la consistencia

del producto.

Llama.

La deteccin de llama en la industria es muy importante desde el punto de vista de

seguridad. Los quemadores de gas o fuel-iol utilizados en los hornos o en las calderas de

vapor, necesitan para que su funcionamiento sea correcto que la llaman producida por el

combustible sea estable y de calidad y que se mantengan en stas condiciones mientras que

el quemador est en marcha.

Los detectores de llama aprovechan varias caractersticas de la llama para su

funcionamiento; calor, ionizacin y radiacin.

Detector de calor.

El calor lo utilizan los detectores trmicos formados por bimentales termopares, varillas de

dilatacin y dispositivos a expansin de lquidos que proporcionan el control relativamente

satisfactorio en instalaciones domsticas.

Detectores de ionizacin - rectificacin.

La ionizacin es el fundamento de los detectores de llama de rectificacin. Una tensin

alterna aplicada a dos electrodos colocados dentro de la llama hace circular una pequea

corriente alterna ya que los gases en la llama estn ionizados. La resistencia de la llama es

bastante alta, del orden de los 25,000 a 150,000,000 ohmios y la corriente que pasa es de

unos pocos miliamperes.

Los detectores de llama se basan en que al aplicar una tensin alterna a los electrodos

(varilla y quemador) la corriente circula con una mayor facilidad en un sentido que otro si

la superficie activa de uno de los electrodos - superficie expuesta a la llama - es varias

veces mayor que la del otro electrodo. De este modo se tiene una corriente rectificada,

parecida a una corriente continua pulsante, con lo cual si se presenta un corto circuito de

alta resistencia en los electrodos se genera una seal alterna que es detectada como fase por

el circuito electrnico.

Dectores de radiacin.

Estos detectores se basan en la radiacin de energa de una llama en forma de ondas que

producen luz y calor. En el grfico de la figura 32 pueden verse las radiaciones visibles

infrarrojos (90% del total) y ultravioleta (1% del total), as como las propias de la llama de

gas o de fuel-oil y del refractario.

Los detectores disponibles se pueden clasificar como:

detectores de radiacin visible, que son de dos tipos: sulfuros de cadmio y xido de cesio.

Detectores de radiacin infrarroja.

Detectores de radiacin ultravioleta.

OXIGENO DISULETO

Es la cantidad de oxigeno libre en el agua que no se encuentra combinado ni con el

hidrogeno (formando agua), ni con los slidos existentes en el agua.

La determinacin del oxigeno disuelto es importante en el tratamiento de aguas y en el

control de aireacin.

TURBIDEZ

La turbidez es una medida de la falta de transparencia de una muestra de agua debida a la

presencia de partculas extraas.

La luz media de la turbidez se efecta para determinar el grado de penetracin de la luz en

el agua o a travs y permite interpretar conjuntamente con luz solar recibida y la cantidad

de oxigeno disuelto el aumento o disminucin del material suspendido en el agua.

La turbidez esta expresada en unidades arbitrarias determinadas empricamente con un

turbidimetro Jackson.

Formas continuas de medicin de la turbidez:

LUZ REFLEJADA: Una lmpara incandescente emite un rayo de luz que un sistema de

lentes enfoca en la muestra de agua. Una clula fotoelctrica capta la luz reflejada por las

partculas en suspencin generando una corriente proporcional a la concentracin de

slidos suspendidos.

LUZ ABSOBIDA: La lmpara y la clula estn situadas una frente a la otra, con una

columna de la muestra de agua que los separa. La clula mide la absorcin de la luz por los

slidos en suspencin.

VARIABLES QUIMICAS

-CONDUCTIVIDAD

La conductividad es la capacidad de una solucin para ocnducir una corriente elctrica. El

agua destilada pura no conduce en principio la corriente, pero si se disuelven slidos

minerales, aumenta su capacidad de conduccin.

Los iones son susceptibles a desplazarse bajo la accin de un campo elctrico y tambin de

combinarse con otros iones nuevos o cuerpos distintos que ya no se ionizarn. La

conductividad de los iones es funcin de su concentracin.

La conductividad elctrica especfica: Se define como el recproco de la resistencia de

ohmios, medida entre dos caras opuestas de un cubo de 1 cm. De lado sumergido en la

solucin. En la tabla 6 se indican los calores de conductividad de varios tipos de soluciones.

Es obvio que a partir de esta definicin de conductividad, el primer sistema de medida que

se empleo fue situar en la solucin dos placas paralelas conectadas a un circuito de puente

de Wheatstone de corriente alterna.

En el esquema se aprecia que si se mantiene constante la diferencia de potencial V0 entre

los electrodos 2 y 3 con independencia de la resistencia de la solucin, la corriente Ic

mantendr una relacin lineal con la conductividad la solucin es:

Vo = IcR2 = Ic (1/G)

Potencial de hidrgeno PH.

El PH es una medida de la acidez o la alcalinidad de agua. Su expresin viene dada por el

logaritmo de la inversa da la concentracin de ion H expresada en moles por litro.

pH = log (1/H+)

Una solucin cida tiene mayor concentracin de ion hidrgeno que el agua pura y por lo

tanto su PH ser menor que 7. Una disolucin bsica le ocurre a la inversa y su pH ser

mayor de 7. Las medidas prcticas del pH se encuentran entre 0 a 14. En la tabla 7 figuran

las concentraciones de varios tipos de soluciones en su pH correspondientes.

En la medida del pH pueden utilizarse varios mtodos, entre los cuales el ms verstil y

exacto de aplicacin industrial es el tema de electrodo de vidrio.

El electrodo de vidrio consiste en un tubo de vidrio cerrado en su parte inferior con una

membrana de vidrio especficamente sensible a los hidrgenos del pH. En la parte interna

de esta membrana se encuentra una solucin de cloruro tampn de pH constante dentro de

la cual esta inmerso un hilo de plata recubierto de cloruro de plata. Aunque el electrodo de

vidrio nida la concentracin de ion hidrgeno no es exactamente conocido, est establecido,

que el introducir el electrodo en el lquido se desarrolla un potencial desarrollado

directamente con la concentracin directamente con la concentracin del ion hidrgeno del

lquido.

Los potenciales existentes son los siguientes:

-E1: Potencial entre el electrodo metlico interior y solucin tampn que puede

considerarse constantemente para una temperatura dada. Las temperaturas extremadamente

altas pueden dar lugar a la disolucin del revestimiento de cloruro de plata del electrodo.

-E2: Cada de potencial entre el electrodo interior y la cara interna de la membrana de

cristal que puede considerarse despreciable.

-E3: Potencial entre solucin de tampn y superficie de la membrana de cristal que es

constante gracias a la estabilidad de la solucin tampn y la membrana de cristal.

-E4: Cada de potencial a travs de la membrana que se mantiene constante en cortos

periodos mientras la membrana de cristal no sufra alteraciones de origen qumico o

mecnico. Si este potencial deriva, se calibra una solucin tampn de pH conocido. Si este

potencial deriva, se calibra una solucin tampon de pH conocido.

-E5: Potencial entre superficie exterior de la membrana entre la superficie exterior de la

membrana de cristal y la solucin ensayada que varia con la concertacin de iones de

Hidrogeno (pH) de la solucin ensayada.

-E6: Cada de potencial a travs de la solucin ensayada que se considera despreciable,

salvo si se trata de agua poco conductora o de soluciones no acuosas.

-E7: Representa el potencial de la unin lquida entre la solucin ensayada y la de

referencia, aunque un estancamiento o exceso de presin externa con la unin contra la

unin puede influir en la medicin.

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

-E9: Potencial de contacto entre el electrodo de referencia y la solucin de CIK que puede

considerarse s dicha solucin no esta contaminada.

-REDOX (POTENCIAL DE OXIDACION - REDUCCIN)

El potencial de reduccin - 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 y equilibrio

y su capacidad relativa para reaccionar con otros materiales oxidantes o reductores que

pueden aadirse al agua.

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

concentracin ion Hidrogeno activo mientras que la medida de potencial de oxidacin -

reduccin el electrodo de metal noble (Normalmente es platino) es sensible a los cambios

en la relacin entre el agente reductor y el agente oxidante.

El estndar cero de medida de potencial es del electrodo de hidrogeno definido como:

H2 = 2H+ + 2E Eo = -0.199

En la industria se utiliza de dos tipos que se utilizan:

Electrodo de plata ion /cloruro de plata de electrolito 4NCIK DE Eo = -0.199 Voltios.

electrodo de calomel con electrolito de CIK con Eo = -0.244 voltios

los instrumentos amplificadores e indicadores o registradores de Redox, utilizan la misma

construccin y los mismos circuitos bsicos que los instrumentos de pH.

CONCENTRACION DE GASES

En la industria interesa determinar la concentracin de los gases tales como CO2, CO + H2,

O2, u otros, bien en el anlisis de humos de salida de las calderas de vapor para comprobar

su combustin correcta, o bien en el anlisis de concentracin de gases desde el punto de

vista de seguridad ante una eventual explosin.