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Variables Analíticas: como las medimos??

Publicado por  Martes, 11 Mayo 2010 05:35

 

Los procesos de producción continua involucran la conversión tíe materias primas o la combinación de varios ingredientes para lograr un producto final. El poder medir y controlar las propiedades físicas y químicas de los ingredientes de un producto es esencial para lograr una calidad satisfactoria del mismo. Esto se logra con instrumentos llamados analizadores.

Existen muchos de estos dispositivos, que en algunos casos requieren complicados sistemas de muestreo y sensores especiales; aquí discutiremos brevemente la medición de sólo algunas propiedades físicas y químicas.

 

 

DENSIDAD

 

La densidad de un material es su peso por unidad de volumen. La forma más simple de medir densidad de líquidos es el hidrómetro, el cual es un instrumento flotante que desplaza un volumen de líquido igual a su propio peso. Usualmente se construye de vidrio y tiene un peso en uno de sus extremos para hacer que flote verticalmente. La posición del hidrómetro en el líquido depende de la densidad de éste. En algunos casos se puede transmitir la medición para una lectura remota, utilizando una varilla metálica como peso, la cual actúa como brazo variable de un puente de inductancia. También se mide densidad de fluidos, i pesando un volumen fijo de líquido con una balanza mecánica o una celda de carga. Otro método, emplea un medidor tipo desplazador. Aquí, el elemento desplazador es encerrado en una cámara de un volumen fijo. Al cambio de la densidad, la fuerza sobre el desplazador varía, este a su vez mueve una barra de balance, que es el mecanismo actuador de un sistema de medición neumático o eléctrico.

 

Al emplear transmisores de presión diferencial para medición de densidad, ya sea en tanques abiertos o cerrados, la presión hidrostática sensada de un volumen fijo, es función de la densidad del mismo. El método de burbujeo también se utiliza para medir densidad. En algunos casos, cuando el líquido no permite el uso de sensores debido a la corrosión, abrasión u otra limitación, los sistemas radiactivos son los adecuados; se coloca una fuente radiactiva a un lado del reservorlo y un detector radiactivo en lado opuesto. La cantidad de radiación absorbida por cualquier material varía directamente con su densidad. La medición de densidad en gases es importante sobre todo en las industrias petroquímicas. Una forma de hacerlo es usando un densímetro con una sonda. El dispositivo contiene una membrana que oscila con el paso del fluido del proceso. Cualquier variación en la densidad del gas origina que la frecuencia de oscilación también lo haga en forma inversa. La señal es luego amplificada y  estandariza para poder ser transmitida.

 

 

ACIDEZ Y ALCALINIDAD

 

La medida de estas variables es frecuentemente de gran importancia en procesos industriales. La escala de medición es denominada de pH. Esta escala está basada en la concentración de iones de hidrógeno en cierto volumen de solución. En esta, el agua pura tiene un valor de 7. Un ácido fuerte tiene el valor de 1 y una base fuerte (alcalina) el de 14, siendo 7 el valor correspondiente al agua pura. En general en la práctica se habla de la concentración de iones de hidrógeno como correspondientes a un pH dado cuando realmente se refiere a una "concentración efectiva".

 

La medición de pH requiere de dos electrodos diseñados específicamente. Uno de ellos produce un cambio de voltaje (fem) cuando cambio el pH de una solución en la que está inmerso. El otro electrodo, mantiene un voltaje constante (fem) al estar sumergido en una solución de referencia. Usualmente, ambos elementos se combinan en un solo electrodo. Como la temperatura del fluido afecta a la medida del pH, se incluye un sensor de temperatura para que el sistema de medición compense estos cambios.

 

Se pueden encontrar analizadores continuos de pH en prácticamente cualquier industria que usa el agua en sus procesos. Las aplicaciones van desde el tratamiento de aguas industriales hasta el: control de pH en procesos de flotación para la minería. Muchas aplicaciones de pH se pueden encontrar en la industria de pulpa y papel, en el campo de los metales y tratamiento de metales, el el refinamiento del petróleo, manufactura de caucho sintético, plantas de generación de energía, farmacéuticas, producción de fertilizantes químicos y un gran espectro en la industria química.

 

Figura 14 Electrodo de pH

 

 

COMBUSTIÓN

 

Para monitorear apropiadamente la eficiencia de combustión de un caldero, se debe analizar el flujo de gas antes de dejar la chimenea. Esto incluso con fines de controlar la polución del aire. Los productos de una combustión completa son además del calor, el dióxido de carbón y el vapor de agua. Cuando hay sulfuro en el combustible, el dióxido de sulfuro es también un producto de la combustión. Si se detecta monóxido de carbón, entonces dicha combustión es incompleta.

 

 

CROMATOGRAFÍA

 

Es el nombre dado al método de análisis que permite una medida continua de la cantidad de cada constituyente en un vapor complejo o mezcla gaseosa. El método envuelve la combinación de una muestra del gas con un gas portador y pasar la combinación de gases a través de una columna, que es hecha de tubería metálica y llenada con un absorbente tal como aluminio, gel de sílica o carbón activado. El efecto de movimiento de los gases a través de la columna es la separación de los constituyentes del gas muestra; cada constituyente viaja la diferente velocidad, debido a que cada uno de ellos es retenido por un periodo de tiempo diferente por la columna absorbente. El gas portador, que fuerza al de prueba hacia la columna, emerge de la misma continuamente, tal que los constituyentes realmente dejan la columna combinadas con el gas portador; los más comunes gases portadores son el hielo, nitrógeno, aire o hidrógeno. Una muestra típica de gas puede contener constituyentes como etano, propano, acetileno, butano, pentano, entre otros.

 

 

ANÁLISIS DE SÓLIDOS EN MINERÍA

 

La industria minera utiliza analizadores basados en fluorescencia con rayos X para analizar algunos elementos en una pulpa de flotación. Comúnmente son analizados elementos tales como cromo, manganeso, hierro, cobalto, cobre, zinc y plomo.

 

Figura 15 Equipo de muestras con rayos X

 

Como fuente primaria de radiación se utilizan tubos de rayos X o fuentes de radioisótopos, aunque por razones de protección del medio ambiente se prefieren los primeros. Típicamente el sistema consiste de (1) un sistema de muestreo que bombea las pulpas al analizador, un^ espectrómetro que mide los elementos de cada muestra, un generador de rayos X y un sistema de enfriamiento por agua. Los sistemas modernos incluyen también un equipamiento de procesamiento de datos.

 

Un flujo continuo de muestreo es tomado de cada pulpa de proceso a ser analizada. El flujo final de muestreo es obtenido luego de muestrear en dos o tres etapas, dependiendo de la cantidad de flujo; de proceso. Cada muestreo de pulpa fluye hacia una celda separada en el analizador. Las intensidades de radiación medidas dan toda la información requerida para computar los contenidos reales. Un dispositivo de temporizado determina el tiempo de medición para cada muestra de pulpa.

 

El análisis o monitoreo en línea del tamaño de partícula (PSM) es también otra operación importante en una planta concentradora de mineral para propósitos de control del proceso. Esta se realiza en la etapa de chancado y se emplea para tal fin un sensor ultrasónico. Hay dos pares de transductores ultrasónicos, cada uno con un transmisor y un receptor. En el transmisor, las señales eléctricas de alta frecuencia son convertidas en energía ultrasónica que la cual viaja atravesando la pulpa entre el transmisor y el receptor. En el receptor, dicha energía es convertida nuevamente en señales de alta frecuencia y luego tratada para fines de ser utilizada como señal estándar de instrumentación.

 

La cantidad de energía detectada a través de la pulpa llega en la forma de dos señales correspondientes al tamaño de partícula y porcentaje de sólidos. La comparación electrónica de estas dos señales da una salida que varía solamente en función al tamaño de partícula y es independiente de los cambios del porcentaje de partícula.

 

 

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