UNIVERSIDAD ESTATAL PENÍNSULA DE SANTA ELENA FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERIA CARRERA DE INGENIERÍA EN PETRÓLEOS
SE N SOR E S DE C OND UC UCTI TI V I D A D
AUTORES: JAIR BAYARDO MORENO AGUILAR ANGELO DENILSON RODRÍGUEZ REYES
DOCENTE: ING. RAÚL MONGNER
MATERIA: INSTRUMENTACIÓN
FECHA DE ENTREGA: VIERNES 16 DE NOVIEMBRE DEL 2018
LA LIBERTAD - 2S/2018
SENSORES DE CONDUCTIVIDAD La conductividad eléctrica, se define como la capacidad que tienen las sales inorgánicas en solución (electrolitos) para conducir la corriente eléctrica. El agua pura, prácticamente no conduce la corriente, sin embargo, el agua con sales disueltas conduce la corriente eléctrica. Los iones cargados positiva y negativamente son los que conducen la corriente, y la cantidad conducida dependerá del número de iones presentes y de su movilidad. En la mayoría de las soluciones acuosas, cuanto mayor sea la cantidad de sales disueltas, mayor será la conductividad, este efecto continúa hasta que la solución está tan llena de iones que se restringe la libertad de movimiento y la conductividad puede disminuir en lugar de aumentar, dándose casos de dos diferentes concentraciones con la misma conductividad.
Temperatura de la muestra 25 ° Conductividad C (µS/cm) Agua ultrapura 0.05 Agua de alimentación a calderas 1a5 Agua potable 50 a 100 Agua de mar 53000 5% de NaOH (hidróxido de sodio) 223000 50% de NaOH (hidróxido de sodio) 150000 10% de HCl (ácido clorhídrico) 700000 32% de HCl ( ácido clorhídrico) 700000 31% de HNO3 (ácido trioxonítrico) 865000 Tabla 1. Conductividad en algunas sustancias
Algunas sustancias se ionizan en forma más completa que otras y por conducen mejor la corriente. Cada ácido, base o sal tienen su curva característica de concentración contra conductividad.
Son buenos conductores: los ácidos, bases y sales inorgánicas: Ácido clorhídrico (HCl), hidróxido de sodio (NaOH), Ccloruro de sodio (NaCl)...etc. Son malos conductores: Las moléculas de sustancias orgánicas que por la naturaleza de sus enlaces son no iónicas: como la sacarosa, el benceno, los hidrocarburos, los carbohidratos...etc., estas sustancias, no se ionizan en el agua y por lo tanto no conducen la corriente eléctrica. Un aumento en la temperatura, disminuye la viscosidad del agua y permite que los iones se muevan más rápidamente, conduciendo más electricidad. Este efecto de la temperatura es diferente para cada ion, pero típicamente para soluciones acuosas diluidas, la conductividad varía de 1 a 4 % por cada ° C. Conociendo estos factores, la medición de la conductividad nos permite tener una idea muy aproximada de la cantidad de sales disueltas.
La conductividad eléctrica es lo contrario de la resistencia en ohms, medida entre las caras opuestas de un cubo de 1.0 cm de una solución acuosa a una temperatura especificada. Esta solución se comporta como un conductor eléctrico donde se pueden aplicar las leyes físicas de la resistencia eléctrica. Las unidades de la conductividad eléctrica son el Siemens/cm (las unidades antiguas, erán los ohms/cm que son numéricamente equivalentes al S/cm). En la práctica no se mide la conductividad entre electrodos de 1 cm sino con electrodos de diferente tamaño, rectangulares o cilíndricos, por lo que al hacer la medición, en lugar de la conductividad, se mide la conductancia, la cual al ser multiplicada por una constante (k) de cada celda en particular, se transforma en la conductividad en S/cm.
Principio de medición de los sensores de conductividad = ∗ =
Donde: =
constante de la celda
=
distancia de la separación de los electrodos
=
área de los electrodos
Así, un electrodo de 1 cm de separación y con una área de 1 cm , tendrá una
=1.
F igura 1. Puente de Wheastone para medir la conductividad
La medición eléctrica se efectúa mediante un puente de Wheastone para medir resistencias. Las resistencias R1 y R2 son fijas y su valor va de acuerdo al intervalo de conductividad que se pretende medir. La resistencia Rx es la que proporciona la solución a la cual se le va a medir la conductividad. La resistencia R3 se varía en forma continua hasta poner en equilibrio el puente, de tal forma que no pase corriente hacia el medidor.
Interferencias en la medida Sustancias no disueltas o materiales que precipiten lentamente en la muestra, pueden causar ensuciamiento en la superficie de los electrodos y causar lecturas erroneas. El
ensuciamiento por sustancias orgánicas, bioensuciamientos y corrosión de los electrodos, causan lecturas inestables o erroneas. El factor de correlación para obtener los valores cuantitativos de los sólidos totales disueltos solo es válido cuando la muestra tiene un pH entre 5 y 8, a valores mayores o menores de pH, los resultados no serán confiables.
Conductividad inductiva Una célula de medición inductiva consiste en dos bobinas, una transmisora y otra receptora. Ambas bobinas están integradas en un alojamiento hueco. El alojamiento se sumerge en el fluido, que inunda su interior. A continuación, se aplica una tensión alterna sinusoidal a la bobina transmisora. Esto produce una corriente en el fluido proporcional a su conductividad. A su vez, esta corriente induce una tensión en la bobina receptora. La conductividad se determina midiendo esta segunda tensión y conociendo la constante de la célula. El sistema integra también un sensor de temperatura que permite aplicar correcciones de temperatura. Muy adecuada para entornos agresivos.
F igura 2. Conductividad inductiva
Sensores de Conductividad de Contacto Los sensores de Conductividad de contacto miden la Conductividad de una solución vía electrodos. Son ideales para usarlos en torres de enfriamiento y calderas, equipos de osmosis inversa y otras aplicaciones sin aguas aceitosas. Una variedad de constantes de celda estas disponibles para manejar un amplio rango de conductividades. Están disponibles en diferentes configuraciones:
Sensores de Conductividad de Contacto para Torres de Enfriamiento Estos sensores de constante de celda 1.0 están diseñados para torres de enfriamiento con aguas hasta 30,000 µS/cm (rangos pueden variar de acuerdo a la temperatura de la solución, ver abajo). Para bajas presiones (hasta 150 PSI, 10 bar) sensores de polipropileno están disponibles con electrodos de grafito o acero inoxidable, y pueden ser
instalados en línea o sumergidos. Sensores en línea para alta presión (hasta 300 PSI, 20 bar) están construidos en acero inoxidable y PEEK. Los controladores WebMaster requieren sensores activos. Estos sensores contienen electrónica para convertir la señal del sensor a un voltaje que estos controladores pueden leer. Los controladores serie W400 usan sensores pasivos que tiene cables diseñados especialmente para ellos. Los sensores pasivos de los controladores serie W100 y W600 están diseñados en forma diferente. Las especificaciones de rendimiento pueden variar de acuerdo al tipo de controlador. Revise el catalogo del controlador para más detalles. Temperaturas típicas en las torres de enfriamiento están entre 0 a 70 °C, 32 a 158 °F.
F igura 3. Sensores de Conductividad de Contacto para Torres de Enfriamiento
Sensores de Conductividad de Contacto para Calderas Estos sensores de constante de celda 1.0 están diseñados para calderas con aguas hasta 30,000 µS/cm (rangos pueden variar de acuerdo a la temperatura de la solución, ver abajo) y presiones hasta 250 PSI, (16.7 bar). Estos sensores en línea están construidos en acero inoxidable y PEEK. Para los controladores serie W100, los sensores de constante de celda 10.0 están disponibles diseñados para calderas hasta 30,000 µS/cm (rangos pueden variar de acuerdo a la temperatura de la solución, ver abajo). Los controladores WebMaster requieren sensores activos. Estos sensores contienen electrónica para convertir la señal del sensor a un voltaje que estos controladores pueden leer. Los controladores de la serie W400,W100 y W600 usan sensores pasivos. Las especificaciones de rendimiento pueden variar de acuerdo al tipo de controlador. Revise el catalogo del controlador para más detalles. Temperaturas típicas en calderas están entre 0 to 205°C, 32 to 401°F.
F igura 4. Sensores de Conductividad de Contacto para Calderas
Sensores de Conductividad de Contacto para Servicios Generales (SOLO controladores serie W100 y W600) Estos sensores pasivos están disponibles en una variedad de constantes de celda para usarlos en conductividades hasta 300,000 µS/cm (Rangos pueden variar de acuerdo a la temperatura de la solución, ver abajo). Aplicaciones típicas incluyen sistemas de Osmosis Inversa y monitoreo de condensado en calderas. Estos pueden ser montados en línea o sumergidos usando ya sea polipropileno (0-100 °C, 100 PSI/6.9 bar) o bien acero inoxidable (0-120 °C, 200 PSI/13.8 bar) con acceso rios de conexión ½”NPT. Estos sensores en línea están construidos en acero inoxidable y Teflon® con O-Rings de EPR.
F igura 5. Sensores de Conductividad de Contacto para Servicios Generales
Sensores de conductividad sin contacto Sensores de conductividad sin contacto miden la conductividad de una solución utilizando tecnología toroidal de no contacto, encapsulada. Ellos pueden ser instalados en una variedad de difíciles aplicaciones de control de químicos incluyendo limpiadores aceitosos, cromados, tanques de enjuague, lavadoras de gases y otras aplicaciones con químicos concentrados hasta 1000 mS/cm (Rangos pueden variar de acuerdo a la temperatura de la solución). La tecnología de sensor toroidal de no contacto es inmune a los recubrimientos finos, la contaminación y los problemas de calibración que afectan directamente a los sensores de contacto.
Construcción en CPVC o PEEK In-line o sumergido
Los controladores W400 y WebMaster requieren sensores activos. Estos sensores contienen electrónica que convierte la señal del sensor en un voltaje que estos controladores pueden leer. Cada sensor es específico para un rango de conductividad que este puede detectar.
F igura 6. Sensores de conductividad sin contacto
Sensores de conductividad (2 electrodos) Sensores sumergibles para la medida de bajos niveles de conductividad – salinidad. Mediante electrodos de grafito o polímero.
Sensores de conductividad (4 electrodos) Para instalar directamente a proceso, en extensiones de tuberías, para aplicaciones en inmersión o cámaras de caudal. Conexión a microtransmisor o controlador.
Sensores de conductividad (inductivos) Sensores para la medida de altos niveles de conductividad – salinidad Tecnología inductiva
Bibliografía Guemisa. (23 de Julio de 2017). Guemisa. Recuperado el 6 de Noviembre de 2018, de Guemisa: http://www.guemisa.com/ambien/docus/completo%20conductividad.pdf Walchem, Iwaki America Inc. (10 de Octubre de 2016). Walchem, Iwaki America Inc. Recuperado el 6 de Noviembre de 2018, de Walchem, Iwaki America Inc: https://www.walchem.com/literature/Accessories/180559_Conductivity%20Sen sors_SP.pdf
