Aquí aprenderá lo esencial acerca de las variables físicas y químicas del listado.
Bienvenido!
va a experimentar todo sobre la variable física "Temperatura" en, aproximadamente, 45 min. Se describirán conceptos básicos, el diseño técnico y el funcionamiento de los medidores de temperatura y las normas y aplicaciones correspondientes.
Al final del capítulo podrá comprobar sus conocimientos a través del test interactivo.
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¡Que disfrute!
Después del tiempo, la temperatura es la variable física que se mide con mayor frecuencia.
La temperatura de un cuerpo es una medida de la energía del movimiento desordenado de las partículas que componen este cuerpo:
La temperatura se especifica en Kelvin (K) y se mide en grados Celsius (°C) en el uso diario.
Conversión:
La escala internacional de temperatura de 1990 ( IT-90) define las temperaturas en unidades de Kelvin y Celsius y soporta la equivalencia y compatibilidad de las mediciones de temperatura. La ITS-90 determina temperaturas termodinámicas de 0,65 K y superiores y se subdivide en rangos de temperatura que se solapan parcialmente.
Cuando se recopiló la escala se hizo un intento, entre otros, de utilizar solamente puntos triples y puntos de solidificación como puntos fijos definidos, ya que éstos son más fáciles de reproducir. Algunos problemas con la reproducibilidad también llevaron a sustituir al termopar como instrumento normal, por un termómetro de resistencia de platino adecuado en los rangos de temperatura de 631°C a 1064°C.
Las temperaturas que se han medido según ITS-90 están marcadas con 90 como su índice.
Definición Punto triple: En Termodinámica, el punto triple (también llamado el punto trifásico) es la presión y temperatura a las que están en equilibrio las tres fases de un sistema. Por ejemplo, esto significa que, para el agua, el vapor de agua, el agua (líquida) y el hielo existen simultáneamente y las proporciones cuantitativas de las tres fases permanecen sin modificar.
Tabla ITS-90:
Punto fijo | Temp. (K) | Temp. (°C) |
Punto triple del hidrógeno | 13.8033 | -259.3467 |
Hidrógeno a 32,9 kPa | 17 | -256,15 |
Hidrógeno a 102,2 kPa | 20,3 | -252,85 |
Punto triple del neón | 24,5561 | -248,5939 |
Punto triple del oxígeno | 54,3584 | -218,7916 |
Punto triple del argón | 83,8058 | -189,3442 |
Punto triple del mercurio | 234,3156 | -38,8344 |
Punto triple del agua | 273,16 | 0,01 |
Punto de fusión del galio | 302,9146 | 29,7646 |
Punto de congelación del indio | 429,7485 | 156,5985 |
Punto de congelación del estaño | 505,1181 | 231,928 |
Punto de congelación del zinc | 692,73 | 419,527 |
Punto de congelación del aluminio | 933,473 | 660,323 |
Punto de congelación de la plata | 1234,93 | 961,78 |
Punto de congelación del oro | 1337,33 | 1064,18 |
Punto de congelación del cobre | 1357,77 | 1084,62 |
En la animación de la derecha, puede encontrar cómo se configura una unidad de medición...
La tarea de medición determina el tipo de sonda a seleccionar. La selección del sensor de temperatura adecuado se realiza con arreglo a los siguientes criterios:
El error de medida o la exactitud se puede especificar de tres formas diferentes:
1. Especificación absoluta:
En el rango de medición, cada lectura que se obtiene puede tener una tolerancia máxima de +/- 0,2 °C.
2. Especificación porcentual:
En el rango de medición, cada valor leído puede tener una tolerancia de +/- 0,3 % de la lectura.
3. Especificación de la exactitud con parte absoluta y parte porcentual:
En el rango de medición, cada lectura que se obtiene puede tener una tolerancia básica máxima de +/- 0,2 °C. Además, se produce un error de la lectura del +/- 0,5 %, que se añade a este.
Como ya se indicó anteriormente, hay diferentes tipos de sensores que determinan la tarea de medición respectiva con arreglo a los siguientes criterios:
En el gráfico de la derecha puede ver el rango de medición de tres tipos de sensores diferentes:
A continuación, observaremos con más detalle el diseño y el efecto de estos sensores...
La medición de temperatura usando termopares se basa en el efecto termoeléctrico:
En un circuito fluye una corriente eléctrica si su conductor está compuesto por dos aleaciones diferentes y sus puntos de contacto están a temperaturas diferentes.
Si se conoce la temperatura en un punto de contacto (punto de referencia) entonces la "tensión termoeléctrica" presente es una medida directa de la diferencia de temperatura entre el punto de medición (extremo caliente) y el punto de referencia (extremo frío). Los dos conductores del termopar también son conocidos como termocupla. El extremo frío mencionado anteriormente (punto de referencia) de una cadena de medición de termopar siempre se refiere a 0 °C. Esta referencia se calcula electrónicamente con instrumentos de medición electrónicos midiendo la temperatura ambiente dentro del termómetro.
Como el sensor de temperatura en el punto de referencia necesita algún tiempo para alcanzar la temperatura ambiente (compensación del punto de referencia), se debe tener cuidado, cuando se mide en un ambiente frío, de dejar tiempo suficiente para que el instrumento se atempere. Este puede ser el caso, por ejemplo, si el instrumento se ha dejado por la noche en el coche (temperatura +5 °C) y luego se mide en un recinto a +25 °C. A la inversa, también es importante esperar unos minutos para que se atempere el instrumento cuando se cambia de un ambiente cálido a uno frío. Solamente se puede tomar una lectura estable cuando ha transcurrido un cierto período de tiempo.
Punto de referencia:
Curvas características de diferentes termopares:
Este método de medición difiere, en principio, de las sondas termoeléctricas.
Los sensores de resistencia de platino funcionan, básicamente, con lo que se denomina el efecto resistencia PTC. Los metales tienen la propiedad de aumentar su resistencia eléctrica a medida que aumenta la temperatura. Esta propiedad se puede utilizar para medir temperaturas. Se bobina una fina lámina de platino metálico de alta pureza alrededor de un tubo de vidrio (uno de los posibles diseño) hasta que se alcanza una resistencia definida. El valor de la resistencia más corriente en la actualidad es de 100 Ohmios (unidad de resistencia eléctrica) a 0 °C. Por lo que respecta a esto, este se conoce internacionalmente como sensor PT100.
Otro diseño de un sensor PT100 es un material portador cerámico (pequeña lámina) sobre la que se graba una estructura de platino. Los sensores construidos de esta forma son extremadamente compactos. Las sondas con sensores de resistencia de platino se encuentran entre los sensores más exactos disponibles. Son de larga duración y no envejecen. Sin embargo, su tiempo de respuesta es significativamente más lento que el de los termopares debido al diseño. Se utilizan en diversas aplicaciones industriales y particularmente en laboratorios de calibración y aseguramiento de calidad..
Representación de la curva característica de un sensor PT100:
Las resistencias térmicas o termistores son sensores de temperatura modernos y baratos que están fabricados con una mezcla de óxidos metálicos.
Tienen un coeficiente de temperatura fuertemente negativo, que es por lo que también se llaman NTC (coeficiente de temperatura negativo). Su resistencia disminuye al aumentar la temperatura. Por lo tanto se comportan de forma exactamente opuesta a los sensores PT100.
Los sensores NTC son baratos, exactos y adecuados para muchas aplicaciones en la industria alimentaria. Los instrumentos de medición que utilizan sensores NTC no requieren compensación del punto de referencia (véase termopares). Esto los hace ideales para el uso en recintos fríos y cámaras frigoríficas.
Representación de una curva característica de un sensor NTC:
Las sondas de temperatura miden la temperatura del medio en el que se encuentran. Para que esto se produzca, el Material de la sonda debe adaptarse a la temperatura exterior. La sonda requiere un cierto período de tiempo para llegar a un equilibrio con el material que se está midiendo. Una sonda ha registrado la temperatura del material que se mide cuando su temperatura es idéntica al 99 % con la temperatura exterior. Este período se conoce como el tiempo t99.
Las sondas de ambiente son especialmente adecuadas para medir temperatura de aire, por ejemplo en vitrinas refrigeradas, vagones de congelados, en acondicionadores de aire (temperatura de salida), en áreas ventiladas (aire de ida / retorno) o en áreas meteorológicas.
El sensor está al descubierto y por ello es fácilmente accesible al flujo de aire. Se consigue un resultado óptimo cuando se mueve la sonda en el aire a 2-3 m/s.
El usuario requiere una punta de medición más ancha para medir la temperatura de la superficie (en paquetes, envases, alimentos congelados, placas calefactoras, etc.).
...para medir en el interior de alimentos congelados.
Para medir la temperatura en alimentos congelados, se debe introducir una sonda en el alimento (medición de temperatura en el centro). Como norma, se debe perforar un orificio para introducir la sonda de penetración.
El diseño especial de la sonda para alimentos congelados tiene una "punta en berbiquí" para introducirla fácilmente en los dichos alimentos. El sensor está justo en el extremo de la punta de medición. Se produce un estrecho contacto térmico con el material cuando se enrosca la sonda.
La reglamentación para realizar mediciones y para las propiedades de los equipos de medición puede elaborarse de diferentes formas:
Las Normativas nacionales e internacionales describen la tecnología de vanguardia actual. Las normativas siguen el progreso técnico y, por consiguiente, son revisadas y mejoradas constantemente.
Las Directrices son reglamentaciones de gestión para un campo de aplicación definido o un determinado comercio industrial elaboradas por ciertas organizaciones. Son obligatorias pero no poseen fuerza legal (nacional). Por lo tanto, el respeto a una Directriz CE solamente se puede exigir en Alemania si ha sido incorporada a la legislación alemana.
Normativas:
Símbolos de fórmulas que cumplen la norma:
El símbolo de las fórmulas para las temperaturas Celsius es theta y, según DIN 1345 (Véase la información) desde diciembre de 1993, se acepta t minúscula y es conforme a la norma. sin embargo la T también se usa aquí por error.
La T se reserva actualmente para la temperatura absoluta en Kelvin.
Fundamentos del APPCC:
Análisis de Peligros y Puntos de Control Críticos.
El objetivo de este concepto es minimizar las enfermedades producidas por lo productos alimentarios tales como el envenenamiento por alimentos y, por consiguiente, hacer los productos alimentarios más seguros.
Se puede obtener información más detallada sobre este tema en la formación en línea específica.
Directrices CE:
Directivas europeas (válidas desde 2006):
Info:
DIN es la abreviatura de Deutsches Institut für Normung e. V. (Institución Alemana de Normas) y es la organización de normalización nacional de la República Federal de Alemania, con oficinas centrales en Berlín.
La sonda de temperatura se introduce directamente dentro del objeto a medir en las mediciones por penetración e inmersión. La medición se termina cuando se ha alcanzado el tiempo t99 (véase la página siguiente).
Error de medición:
Si la sonda de temperatura está más fría que el objeto a medir, entonces se extrae energía (calor) del objeto a medir en las proximidades de la sonda. Si la sonda está más caliente que el objeto a medir, entonces se suministra calor al objeto, lo que significa que se calienta. Se debe respetar la proporción sonda / medio porque cuanto mayor es dicha proporción más energía se extrae del objeto a medir. Como no se mide la temperatura real del objeto debido a la energía extraída, esto da lugar a un error de medición.
Nota:
Nunca se mide la temperatura del medio, sino solamente la temperatura del sensor
Este error de medición se puede reducir seleccionando una profundidad de inmersión 10 a 15 veces mayor que el diámetro de la sonda. Cuando se realizan mediciones por inmersión en líquidos, los errores de medición se pueden reducir manteniendo siempre los líquidos en movimiento.
Este error de medición también se produce cuando se realizan mediciones en productos alimentarios, especialmente en productos congelados. No obstante, esto se puede evitar mediante una profundidad de inmersión adecuada.
Profundidad de inmersión:
Info
El tiempo necesario para que una sonda alcance el 99 % de su valor final se llama el tiempo t99.
El valor del 90 % se alcanza mucho más pronto, pero el período entre el valor 90 % y el valor 99 % tarda al menos 2 veces más.
Todas las especificaciones para el tiempo de estabilización de las sondas de temperatura en los documentos Testo hacen referencia al tiempo t99.
Medición en superficie:
En las mediciones de superficie, el cabezal de la sonda se coloca perpendicular a la superficie. Se debe tener cuidado de que tanto la superficie de contacto del cabezal de la sonda así como el objeto a medir deben estar nivelados, ya que, en caso contrario se pueden alterar los resultados.
Si se aplica la sonda de medición, entonces se produce el siguiente error de medición:
En el punto de la superficie en el que se aplica la sonda, el objeto a medir se enfría ya que la sonda fría conduce una parte del calor de la superficie del objeto a su interior. Esta influencia es especialmente intensa al inicio de la medición, cuando la sonda fría se aplica a la superficie caliente. Así pues, se mide un valor alterado.
Esto se puede corregir técnicamente mediante la llamada adición en superficie o utilizando sondas de masa pequeña.
Ejemplo: Adición en superficie
La adición en superficie es un valor corrector de la temperatura que o bien se calcula manualmente, o bien está guardado en el instrumento de medición y se calcula automáticamente.
Ejemplo:
error de medición en superficie: -1,5 °C.
Los resultados siguientes: Adición en superficie = +1,5 °C.
Lectura presentada sin corrección ej. +85,5 °C
Valor correcto = 85,5°C + 1,5°C = 87,0 °C
Ejemplo: Sonda de masa pequeña
Las aplicaciones típicas de las mediciones de temperatura son bien conocidas...
Ejemplos:
Hola!!
En este módulo de formación aprenderá los principios fundamentales de la "medición infrarroja".
Además de los principios físicos básicos y de los procedimientos de medición, aprenderá algo sobre el diseño y el funcionamiento de la tecnología de medición y sobre aplicaciones típicas.
El módulo de formación se termina con un test de conocimientos.
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Tiempo de trabajo aproximado, 30 min
Todos los cuerpos emiten ondas electromagnéticas, o radiación, dependiendo de su temperatura. Junto con esta radiación se transporta energía que permite, finalmente, la medición sin contacto de la temperatura de ese cuerpo a partir de su radiación.
La energía irradiada y sus longitudes de onda características dependen, en primera instancia, de la temperatura del cuerpo radiante.
Idealmente, el objeto a medir recibirá (absorberá) toda la energía y la convertirá en su propia radiación infrarroja (emisión). En dichos casos se hace referencia a ello como a un "cuerpo negro perfecto".
Dicho comportamiento no ocurre nunca, virtualmente, en la naturaleza; en su lugar se producen reflexión y transmisión adicionales de la radiación en o a través de un cuerpo.
Sin embargo, para obtener a pesar de ello mediciones fiables con los sistemas de medición infrarrojos, en la práctica es necesario identificar exactamente este comportamiento de emisión, reflexión y transmisión o eliminar esta influencia con las medidas adecuadas.
Esto se puede conseguir con la ayuda de mediciones de referencia utilizando termómetros de contacto o modificando deliberadamente la zona de medición para hacerla fácilmente adecuada para la tecnología de medición infrarroja, p. ej. aplicando recubrimientos de pintura, adhesivos y cola, recubrimientos plásticos o pegatinas de papel.
Cómo han de realizarse estas mediciones depende en último término del objeto a medir y del ambiente de medición. Clasificar las aplicaciones con arreglo al aspecto de los objetos a medir y de su superficie, ayuda a valorarlo.
Si, por ejemplo, se dirige hacia el sol ,con precisión, un reflector parabólico con una cerilla colocada en el foco, la cerilla se encenderá enseguida.
Esto se atribuye al calor radiante del sol, que es concentrado por el reflector parabólico en un punto F (punto focal).
La luz es una onda electromagnética que se desplaza en línea recta y a la velocidad de la luz*. Aunque siempre sigue las mismas leyes fundamentales de la naturaleza, de acuerdo con su frecuencia o longitud de onda el hombre la percibe de muy diferentes formas. Puede ser percibida en forma de luz o calor; otros rangos, como los rayos X, no son perceptibles en absoluto, o solamente pueden ser percibidos por sus efectos (la luz UV provoca quemaduras solares). El espectro de la radiación electromagnética se extiende a lo largo de, aproximadamente, 23 potencias de diez.
Coloquialmente, sólo la parte visible (VIS) de la radiación electromagnética se denomina luz. Abarca el rango de longitudes de onda desde 380 nm (violeta) a 720 nm (rojo). Los límites de este rango están definidos por la sensibilidad del ojo humano.
En el rango de ondas más cortas sigue luego la ultravioleta (UV), que también se denomina ultravioleta de vacío (UVV) a longitudes de onda inferiores a 200 nm.
En el rango de ondas más largas, el infrarrojo próximo (NIR) sigue a la luz visible. Se extiende desde 750 nm a 2,5 μm. A continuación sigue el rango espectral del infrarrojo medio (MIR o simplemente IR).
Este se extiende en el rango desde 2,5 μm a 25 μm.
El rango infrarrojo lejano (FIR) incluye el rango de longitudes de onda desde 25 μm a unos 3 mm.
* aquí no se tiene en cuenta la consideración como partícula
¿Qué son las ventanas atmosféricas y por qué se realizan las mediciones en estos rangos?
1ª ventana atmosférica 2 μm – 2.5 μm
2ª ventana atmosférica 3,5 μm – 4,2 μm
3ª ventana atmosférica 8 μm – 14 μm
En el rango de lo que se conoce como ventanas atmosféricas, no hay, o sólo hay muy poca, absorción o emisión de radiación (electromagnética) por los componentes del aire entre el objeto a medir y los instrumentos de medición.
Particularmente a distancias inferiores a 1 m del objeto a medir, en consecuencia, no tienen influencia los gases normalmente presentes en el aire.
Rangos espectrales adecuados, por ejemplo, para la medición de temperaturas > 1000 °C, son el rango visible e infrarrojo próximo, y para la medición de temperaturas medias el rango espectral de 2 a 2,5 μm y de 3,5 a 4,2 μm. La energía incidente, como corresponde, es alta en estos casos.
El rango de longitudes de onda de 8 a 14 μm es adecuado para mediciones de
temperaturas bajas (para las que están diseñados los instrumentos de medición
Testo), ya que se utiliza una banda de energía ancha como referencia
para generar una señal útil.
Ultravioleta |
|
Luz visible |
|
... cercano |
|
... medio |
|
... lejano |
|
Infrarrojo térmico |
|
Longitud de onda |
|
Transmisión atmosférica (%) |
|
Sistemas de imagen |
|
Fotos a color |
|
Fotos a color infrarrojas |
|
LANDSAT |
|
Todos los cuerpos emiten radiación electromagnética por encima del cero absoluto (0 K = -273,15 °C).
La radiación detectada por el cabezal de medición incluye la emitida por el cuerpo que se mide, como así la reflexión y la transmisión de radiación desde otras fuentes.
El total se toma siempre como 100% ó 1.
La intensidad de la radiación liberada depende
de la emisividad ε del material.
Emisividad (ε)
es la capacidad de un material para emitir (producir) radiación infrarroja.
Reflexión (R)
es la capacidad de un material para reflejar la radiación infrarroja.
Depende de las propiedades de la superficie y del tipo de material.
Transmitancia (T)
es la capacidad de un material para permitir que la radiación infrarroja pase a través suyo.
Depende del espesor y tipo de material e indica la permeabilidad del material a la radiación IR.
Estas tres variables pueden adoptar valores entre 0 y 1 (ó entre 0 y 100%).
El objeto a medir es el centro de atención en toda aplicación. La tarea es determinar su temperatura exactamente y con precisión.
Sean sólidos, líquidos o gases, todo objeto a medir representa un caso particular y específico para un sensor infrarrojo. Esto se debe a que su estado es específico del material y de la superficie. Muchos productos y líquidos orgánicos pueden, por ello, ser medidos sin necesidad de medidas especiales. Por otra parte los metales, en particular los que tienen superficies reflectantes, requieren consideración especial.
Si la reflexión y transmisión son iguales a 0, esto es un cuerpo ideal para medir que se denomina "cuerpo negro", cuya energía irradiada se puede calcular mediante la fórmula de radiación de Planck. Dicho cuerpo ideal tiene una emisividad ε = 1.
Sin embargo, en la realidad, dichas condiciones ideales no existen.
La transmisión y la reflexión siempre interfieren en la lectura.
Un cuerpo real puede ser representado esquemáticamente, en consecuencia, como sigue:
Cuerpo gris (ε inferior a 1)
La mayoría de los cuerpos que se encuentran naturalmente se describen como "cuerpos grises".
Presentan la misma característica que los cuerpos negros.
Sencillamente, la intensidad de la radiación producida es inferior.
Esto se corrige ajustando la emisividad.
La emisividad es, por consiguiente, la relación entre la intensidad de radiación "negra" y "gris".
Los cuerpos de color son materiales donde la emisividad depende de la longitud de onda y por consiguiente de la temperatura.
Esto quiere decir que dicho cuerpo presenta diferente emisividad p. ej. a +200 °C que a +600 °C.
Este es el caso de la mayoría de los materiales metálicos.
Aquí se debe observar que la emisividad ε se determina a la que se supone que es la temperatura de medición correcta.
Diagrama de bloques
Sección de un termómetro testo 825
La radiación calorífica se enfoca con la ayuda de un objetivo (en este caso, una lente de Fresnel) y se aplica al sensor. Este último convierte la radiación calorífica en una tensión eléctrica que es elevada por el amplificador y se traspasa al microprocesador. El procesador compensa la temperatura medida frente a la temperatura ambiente y muestra el resultado.
--> Como este es fundamentalmente un sistema de medición óptico, el objetivo siempre se
debe mantener limpio y libre de polvo.
Sección de un termómetro testo 825
Parámetros para el resultado de la medición
¿Qué parámetros afectan al resultado de la medición?
a) Objeto a medir
» Temperatura del objeto a medir
» Emisividad del objeto a medir
b) Instrumento de medición
» Temperatura del cuerpo (punto de referencia)
El instrumento de medición determina las siguientes variables:
SO= señal recibida del objeto a medir
SA= señal para la temperatura ambiente (normalmente igualada a la temperatura del instrumento)
Para una emisividad conocida e, la señal eficaz SE se calcula a partir de esto:
La temperatura del objeto a medir es función de la señal eficaz SE así determinada:
T objeto a medir = f (SE)
El instrumento de medición calcula la temperatura del objeto a medir a partir de la señal eficaz SE mediante una función de linealización.
La medición de temperatura sin contacto por medios infrarrojos depende, de forma crítica, del ajuste correcto de la emisividad en el instrumento.
Las tablas de emisividad sirven como guía para ajustar el factor de emisión para la medición infrarroja de la temperatura. Indican el factor de emisión ε de determinados metales y no metales corrientes. Como el factor de emisión cambia con la temperatura y las propiedades de la superficie, los valores mostrados aquí deben ser considerados meramente como una orientación aproximada para la medición de relaciones o diferencias de temperatura. Si la temperatura se ha de medir como valor absoluto, se debe determinar la emisividad exacta del material.
Alimentos
Los alimentos, como todos los materiales orgánicos, presentan buenas características de emisividad y la medición por medios infrarrojos es, relativamente, sin problemas.
Industria
Emisividad de diversos materiales que no transmiten, dependiendo de la longitud de onda
Emisividad de diversos materiales dependiendo de la longitud de onda
Los metales brillantes
muestran muy baja emisividad en el rango de 8 a 14 μm y son, por ello, difíciles de medir.
Aplique recubrimientos para aumentar la emisividad tales como pintura, aceite ó cinta adhesiva para superficies reflectantes (p. ej.Nº de pedido testo 0554 0051) al objeto a medir o mida con termómetro de contacto.
Los óxidos metálicos
no presentan un comportamiento uniforme.
Las emisividades varían entre 0,3 y 0,9 y, en general, dependen mucho de la longitud de onda.
Determine la emisividad mediante medición de referencia usando un termómetro de contacto, o aplique un recubrimiento con emisividad definida.
No metales brillantes / no metales oscuros / plásticos / alimentos
tales como papel blanco, cerámica, enlucidos, madera, goma, madera oscura, piedra, pinturas y recubrimientos oscuros, etc., tienen una emisividad de aproximadamente 0,95 a longitudes de onda superiores a 8 μm.
>> la mayoría de las sustancias orgánicas (p. ej. alimentos) tienen una emisividad de aproximadamente 0,95.
En consecuencia, este valor está preseleccionado permanentemente en muchos instrumentos para evitar errores de medición por ajustar (involuntariamente) la emisividad de forma incorrecta.
Las características de emisión de los no metales claros y oscuros, en consonancia, escasamente difieren a longitudes de onda más largas.
Por ejemplo, es irrelevante si las pinturas y recubrimientos son negros, azules, rojos, verdes o blancos.
Un radiador pintado de blanco a una temperatura de 40 °C a 70 °C irradia tan eficazmente como uno pintado de negro, ya que su radiación por temperatura se produce, predominantemente, a longitudes de onda largas de > 8 μm, en otras palabras, más allá del rango visible.
Se puede llamar buena suerte a que los no metales, plásticos, goma, etc., irradien predominantemente a longitudes de onda de más de 5 μm a su temperatura de procesado de +50 °C a +300 °C, en otras palabras donde la emisividad es muy elevada.
La situación es muy similar para los metales, en particular para las aleaciones de hierro, que irradian a longitudes de onda bajas (y muy alta emisividad) a una temperatura de procesado superior a +650 °C.
Ejemplo 1
Objeto a medir (pizza congelada, T = -22 °C)
Emisividad = 0,92
Medición IR a temperatura ambiente de 22 °C
Emisividad preseleccionada a 0,95
El instrumento de medición IR muestra: -21 °C
>> En otras palabras, el instrumento de medición tiene un error aproximadamente de 1 °C
>> Despreciable
Ejemplo 2:
Objeto a medir (chapa de latón oxidado, T = +200 °C)
Emisividad = 0,62
Medición IR a temperatura ambiente de +22 °C
Ajuste de emisividad 0,70
El instrumento de medición IR muestra: +188 °C
>> En otras palabras, el instrumento de medición tiene un error aproximadamente de 12 °C
>> No despreciable
CONCLUSIÓN:
Cuanto mayor es la diferencia entre la temperatura del objeto a medir y la temperatura ambiente y menor es la emisividad, ¡mayores son los errores si la emisividad está ajustada incorrectamente!
>> A temperaturas superiores a la temperatura ambiente
>> A temperaturas inferiores a la temperatura ambiente
Influencia de los medios que intervienen (factores de interferencia) sobre el resultado de la medición
En la medición de temperatura sin contacto, la composición del camino de transmisión entre el instrumento y el objeto que se mide, así como el material y factores específicos de la superficie pueden influir en el resultado de la medición.
Fotografía: factor de interferencia
Los factores de interferencia incluyen:
Emisividad
Es perfectamente posible que se produzcan errores de medición aún cuando la emisividad esté correctamente ajustada.
A una emisividad inferior a 1, la medición se proyecta basándose en que la temperatura del instrumento = temperatura ambiente.
Solución:Apantallar dichos cuerpos radiantes, p. ej. con una caja. Absorberá la radiación interferente y emitirá su propia radiación = temperatura ambiente.
¡Los ajustes de emisividad incorrectos pueden dar lugar a errores considerables!
Medición IR
>> La medición IR es un método de medición puramente óptico:
>> La medición IR es un método de medición superficial:
Período de estabilización tras un cambio de temperatura:
Después de un cambio de temperatura, el instrumento de medición todavía no se habrá adaptado a la nueva temperatura (punto de referencia) – véanse en el manual de instrucciones los períodos de estabilización. Esto provoca considerables errores de medición, el mismo problema que con los instrumentos de termopar.
>> Si es posible, ¡guarde el instrumento donde se realizarán las mediciones! Esto evitará el problema de los períodos de estabilización (sin embargo: ¡observe la temperatura de utilización de los instrumentos!).
Información importante acerca del tamaño del punto de medición
Los diagramas de punto de medición mostrados en la documentación del instrumento indican normalmente lo que se conoce como punto de medición 95%, en otras palabras, el 95% de la energía convertida en el sensor proviene de esa zona.
Debido a la falta de definición en la ilustración, la zona que afecta al resultado de la medición (aunque de forma marginal) es, sin embargo, más grande.
Por ello, se debe poner de manifiesto que el objeto a medir siempre es más grande que el punto de medición indicado en la documentación, para impedir que la zona marginal tenga una influencia indeseable.
Cuanto mayores son las diferencias de temperatura entre el objeto a medir y el fondo, mayor será el impacto sobre la indicación de medición.
Testo 830-T1
Testo 830-T2
Testo 830-T3
Tareas de medición que son fáciles de resolver:
Todas las partes y superficies no metálicas, sustancias orgánicas tales como pinturas y recubrimientos, papel, plástico y goma, madera, materiales sintéticos, alimentos, vidrio, tejidos, minerales, piedras, etc.
No es necesario tomar medidas especiales para estos grupos.
La emisividad es suficientemente alta, normalmente alrededor del 0,95, y no cambia a lo largo del rango de temperaturas.
Tareas de medición que son difíciles de resolver:
Superficies brillantes y reflectantes de metales, estructuras de superficie cambiante p. ej. como resultado de costras.
Las aplicaciones para este grupo son bastante difíciles de resolver y se deben cumplir determinadas condiciones. Solamente se conoce la emisividad para un ancho de banda determinado. Los valores son bajos y fluctúan a lo largo del rango de temperaturas.
Tareas de medición que se pueden resolver de forma condicionada:
Superficies metálicas con acabado mate y películas transparentes.
En estos casos se debe decidir caso por caso si y cómo se puede abordar el problema de medición.
Instrumentos de medición IR:
Se puede medir en alguna medida con instrumentos fijos, en caso contrario con instrumentos especiales.
No es posible con instrumentos de medición infrarrojos.
Objetos naturales exteriores
Agua, piedras, tierra, arena, plantas, madera, etc.
Si las mediciones se han de realizar en el exterior, puede ser necesario tener en cuenta la "radiación celeste difusa fría" para emisividades bajas. Si es posible, esta "radiación ambiente" debe estar próxima a la temperatura del aire.
Esto se consigue apantallando la radiación interferente, p. ej. con un paraguas encima del punto de medición.
Se puede medir con los Instrumentos de medición IR Testo
Vidrio y cuarzo
No es transmisor de la IR, es decir, se mide la hoja de vidrio.
Plásticos
En los procesos de secado y reformado, cuando se extruye, calandra, embute, etc.
Películas transparentes
Presentan una banda de absorción característica en la que la transmisión es bastante baja a determinadas longitudes de onda. Como la reflectancia también es baja (0,05...0,20), la emisividad es muy alta.
Sin embargo, la transmisión y por consiguiente, la emisividad dependen del espesor de las películas. Cuanto más delgada es la película, menor es la emisividad. Las películas delgadas transmiten, con frecuencia, en el rango IR, tener en cuenta el fondo.
Gases calientes y llamas
Son "radiadores volumétricos con características de emisividad selectivas". El punto de medición deja de ser puntiforme. El valor de la temperatura se toma como la media de un recorrido dentro de la llama. Este valor está influido además por las paredes del horno detrás de la llama o gases. De forma similar a los materiales transparentes, las llamas y los gases radian predominantemente en determinados rangos espectrales, tales como el rango alrededor de 4,3 μm (banda del CO2).
Se pueden medir con instrumentos especiales
Pruebas y calibración:
Se necesita un cuerpo negro para comprobar y calibrar la indicación de los pirómetros de radiación.
Al calibrar, asegúrese de que el campo de medición correcto del termómetro de radiación a comprobar es menor que la apertura del cuerpo negro.
Si la emisividad está preajustada (p. ej. a 0,95), la indicación debe ser convertida a ε = 1.
Ha habido un crecimiento altamente desproporcionado en aplicaciones que incluyen sistemas de medición infrarrojos en los últimos años. Los siguientes factores juegan, indudablemente, un papel importante en esta tendencia.
Otro factor de esta evolución que no debe ser ignorado, además de las ventajas técnicas, es que estos sistemas tienen precios atractivos para los clientes como resultado de procesos de producción con optimización de costes que ponen el énfasis en un número de unidades elevado.
Los instrumentos de medición de temperatura IR son particularmente adecuados:
Para malos conductores del calor como cerámica, goma, plásticos, etc.
Un sensor para medición por contacto solo puede mostrar la temperatura correcta si puede cambiar a la temperatura del objeto que se mide. Este no es, normalmente, el caso para los malos conductores del calor o el tiempo que les cuesta adaptarse es muy largo.
Fotografía: instrumento de medición de temperatura
Para determinar las temperaturas superficiales de transmisiones, carcasas y rodamientos en motores grandes y pequeños.
Fotografía: instrumento de medición de temperatura
Para piezas en movimiento, p. ej. rollos de papel continuo moviéndose sobre rodamientos, neumáticos girando, chapas metálicas desplazándose, etc.
Fotografía: instrumento de medición de temperatura
Detectar temperaturas excesivas en armarios de distribución, circuitos eléctricos de medición tales como resistencias y transistores en circuitos impresos, etc.
Rogamos tome nota
Consejo: Use un instrumento de medición IR con un punto de medición pequeño (p. ej. testo 845, testo 830-T3)
Instrumento de edición IR testo 845, testo 830-T3
Medición de temperatura de una unidad de refrigeración
Favor tenga en cuenta:
Consejo: use un instrumento de medición que tenga un punto de medición pequeño a gran distancia y que permita una medición de referencia usando un termómetro de contacto (p. ej. conjunto testo 845 o 825-T4)
Termómetro de contacto testo 845
Control y registro de valores de temperatura para generadores y unidades motrices, en motores diesel, en el colector de escape.
Favor tenga en cuenta:
Consejo: use un instrumento de medición que tenga un punto de medición pequeño a gran distancia y que permita una medición de referencia usando un termómetro de contacto (testo 845)
Termómetro de contacto conjunto testo 845 o 825-T4
Control de temperatura de vehículos ferroviarios, p. ej. "detección de rodamientos calientes" de vagones midiendo las temperaturas de la tapa del eje.
Favor tenga en cuenta:
Control de temperatura de vehículos ferroviarios
Control de la temperatura de las salidas de aire.
Fotografía: control de la temperatura de las salidas de aire
Control de los perfiles de calefacción en edificios.
Nota: Use un instrumento de medición con un punto de medición pequeño a una distancia grande. Además se debe realizar una medición por contacto, p. ej. con un instrumento de medición combinado (p. ej. testo 845). Una cámara térmográfica proporciona la mejor visión de conjunto.
Fotografía: instrumento de medición combinado testo 845
Control del aislamiento térmico en edificios.
Fotografía: Control del aislamiento térmico en edificios
Protección contra incendios
Nota: Utilice un instrumento de medición combinado (p. ej. conjunto testo 845 o 830-T2).
Fotografía: instrumento de medición combinado conjunto testo 845 o 830-T2
Medición de temperatura rápida para construcción de carreteras en exteriores.
Rogamos tome nota:
Mida solamente materiales con elevada emisividad, ya que la "radiación celeste difusa fría" a -50...-60 °C está presente como factor de interferencia. Si fuese necesario, apantalle el cielo p. ej. sosteniendo un paraguas encima del punto de medición.
Nota: Use un instrumento de medición con un punto de medición pequeño a una distancia grande.
Fotografía: medición de temperatura rápida para construcción de carreteras en exteriores.
Controles de alimentos
Solamente se determina la temperatura superficial por medios sin contacto.
Donde los valores son críticos, ¡mida siempre por separado con un termómetro de contacto!
Punto de medición / distancia de medición
Nota: Use instrumento de medición combinado (p. ej. conjunto testo 845 o 826-T4)
Fotografía: instrumento de medición combinado conjunto testo 845 o 826-T4
Otras aplicaciones resumidas
Hola!
Las cámaras termográficas se usan para hacer visible el calor radiante, proporcionando al usuario un nuevo campo dentro de la tecnología de medición. Este módulo de aprendizaje contiene la materia fundamental dentro del área específica de la termografía; aprenderá el principio de funcionamiento de una cámara termográfica y cuales son las características especiales a tener en cuenta cuande se mide con una.
Inicie el capítulo con la flecha de abajo a la derecha.
¡Diviértase!
Hasta los inicios del siglo XVII, se pensaba que los colores eran simplemente mezclas de luz y oscuridad.
Pero en 1672, Sir Isaac Newton hizo un descubrimiento revolucionario.
Cuando dirigió un rayo de sol a través de un prisma hacia una pantalla, fue capaz de observar una banda de luz que contenía los colores violeta, azul, verde, amarillo, naranja y rojo.
A partir de este experimento, Newton sacó la conclusión que la luz debía consistir en varios "tipos" diferentes (lo que hoy conocemos como longitudes de onda).
Al inicio del siglo XIX, el astrónomo y técnico experto Germano-Británico Friedrich Wilhelm Herschel llevó los experimentos de Newton a un nivel superior.
Herschel situó termómetros de cristal en cada uno de los colores creados por un prisma, de tal manera que pudo determinar el contenido de calor de cada color individual del espectro.
Herschel observó una tendencia ascendente en la temperatura del azul al rojo, y todavía fue más sorprendente descubrir que la temperatura más allá del color rojo era incluso superior.
Herschel dedujo a partir de esa comprobación que una forma de energía se producía en ese rango y que el sol emitía radiación "invisible" más allá del rango visible. A esta radiación le dió el nombre de "ultrarroja" (conocida hoy como: "Infrarroja ")
Infrarroja: El prefijo "infra" deriva del Latín, significa "inferior, debajo".
En la palabra "infrarroja", el prefijo se refiere a la frecuencia, porque este tipo de radiación tiene una frecuencia inferior (0.3–385 THz) que la luz visible por el ojo humano (385–750 THz).
Infrarroja = por debajo del rango de luz visible.
El antónimo de "infra" es "ultra" (Lat. "mas allá de", indicación de exceso).
La frecuencia de la radiación ultravioleta, por ejemplo, está por encima de la luz visible.
La denominación acuñada por Herschel's "ultrarroja" apenas se usa hoy en día puesto que resulta incomprensible en los términos actuales.
Herschel usó "ultrarroja" para definir el rango que simplemente está "más allá" de la luz roja visible por el ojo humano.
Tras el descubrimiento por Herschel de la radiación infrarroja in 1859, los científicos Alemanes Robert Bunsen (químico) y Gustav Kirchhoff (físico) iniciaron las investigaciones sobre espectroscopía.
Concluyeron que varios elementos químicos modifican el color de una llama de gas de una forma característica.
Sus investigaciones también originaron la formulación de la conocida ley de radiación de Kirchhoff.
Esta ley expone que cada tipo de materia emite energia continuamente, visible o invisible según la temperatura de la materia.
Kirchhoff también concluyó que la energía radiante que absorbe y emite un cuerpo real está en equilibrio, por lo que un cuerpo siempre emite la cantidad precisa de calor que absorbe.
En 1860 Kirchhoff acuñó el término "cuerpo negro", un cuerpo que absorbe y emite toda la radiación a la que está expuesto.
En 1865, el físico Escocés James C. Maxwell fué el primero en teorizar que la luz (y por consiguiente la térmica y otras formas de radiación) está compuesta de ondas electromagnéticas.
Su teoría se confirmó experimentalmente por el físico Alemán Heinrich Rudolf Hertz en 1884.
Por medio del "oscilador de Hertz" demostró por primera vez la existencia de ondas electromagnéticas.
Espectroscopía: La espectroscopía investiga las longitudes de onda en las que un objeto puede recibir (absorber) o emitir (repeler) la mayor cantidad de energía en forma de ondas electromagnéticas o luz.
De esta forma se estudia la interactividad entre luz (ondas electromagnéticas) y materia.
Por ejemplo, el color del brillo de un trozo de hierro sirve como indicativo de su temperatura: a mayor incandescencia, mayor temperatura.
No obstante, la espectroscopía no se limita a la luz visible; también estudia los infrarrojos, los rayos UV y los rayos X.
Los físicos austríacos Josef Stefan y Ludwig Boltzmann ampliaron la teoría de Gustav Kirchhoff en 1884 e ilustraron los logros de su investigación en la ley Stefan-Boltzmann.
La ley establece que el total de la energía térmica emitida por un cuerpo negro depende de la temperatura intrínseca del mismo.
Pero el avance que condujo al conocimiento actual de la radiación electromagnética lo descubrió el físico alemán Max Planck en 1900.
El postulado de la ley de radiación de Planck se considera como el nacimiento de la física cuántica y todavía sirve como base física para la termografía.
La ley define la distribución de la intensidad de la energía electromagnética emitida por un cuerpo negro como la función entre temperatura, longitud de onda y frecuencia.
En términos físicos, las ondas electromagnéticas son oscilaciones que se propagan en campos eléctricos y magnéticos.
La onda electromagnética más corta es la radiación cósmica, cuya longitud de onda es aprox. 10-15 m.
A partir de ahí, el espectro electromagnético se extiende en todo el rango hacia corrientes de baja frecuencia con longitudes de onda de hasta 107 m.
Ejemplo de radiación microondas:
¿Conoce de qué forma funciona un horno microondas y porqué se le llama así?
Respuesta: Nos referimos a este tipo de horno como microondas porque el alimento se calienta mediante ese tipo de radiación.
El contenido en agua del alimento se estimula gracias a la longitud de onda y frecuencia de dicha radiación.
El calor que se produce responde a un calentamiento por fricción como resultado de la reorientación constante de las moléculas de agua en el campo alternante eléctrico del horno.
La longitud de onda de la radiación microondas se situa entre 1 mm y 1 m y por tanto es mucho mayor que la radiación infrarroja.
El diagrama ilustra el espectro electromagnético.
No deja de ser sorprendente que la luz visible por el ojo humano sea tan solo una minúscula parte de la totalidad del espectro de ondas.
El rango de radiación infrarroja sigue inmediatamente a continuación de la luz roja y ocupa el rango de 780 nm a 1 mm dentro del espectro electromagnético.
Para el campo de la tecnología de medición, la radiación infrarroja se puede subdividir en otros tres rangos:
1. SIR (short infrared [infrarrojo corto], 780 nm - 3 µm),
2. MIR (middle infrared [infrarrojo medio], 3 - 5 µm) y
3. FIR (far infrared [infrarrojo lejano], 5 µm –1 mm).
En relación a la tecnología de medición por infrarrojos, el rango más significativo es el de 5-20 µm (FIR).
El ojo humano solo es capaz de percibir un rango limitado de todo el espectro electromagnético.
La luz visible para el ser humano se encuentra en el rango de longitud de onda de 380 – 780 nm, que comprende desde el color púrpura, pasando por el azul, el verde, el amarillo, y llega hasta el rojo.
El ojo no puede percibir la radiación en el resto de longitudes de onda, pero si que podemos detectar sus efectos: la radiación UV nos puede quemar la piel. Los humanos detectamos la radiación infrarroja en forma de calor que incide en la piel.
Si pudiéramos ver el mundo a través de los ojos compuestos de una abeja nos parecería completamente diferente. A diferencia de los humanos, las abejas perciben la radiación electromagnética en un rango de longitud de onda mucho más corto. Las abejas perciben la luz desde unos 300 nm (radiación UV) hasta 650 nm (amarillo).
Por consiguiente, una abeja no puede ver el atractivo color de una amapola, aunque si que es capaz de percibirla en el rango ultravioleta. El ojo de la abeja, al estar adaptado a la radiación UV, puede percibir incluso las vetas de nectar en las flores.
En cambio, una cámara termográfica restringe su percepción al rango de longitud de onda de la radiación infrarroja.
La cámara normalmente "ve" dentro del rango de 8-14 µm y reproduce la información que registra como una falsa imagen de color para hacerla visible al ojo humano.
La radiación infrarroja detectada por una cámara termográfica la emiten los objetos presentes en el ángulo de visión de la misma. Cada objeto tiene unas características específicas que pueden influenciar en varios grados la medición de la temperatura por infrarrojos.
Entre los factores que ejercen la mayor influencia se incluyen la emisión, la reflexión y la transmisión.
La emisividad (e) es la medida de la capacidad de un material de emitir radiación infrarroja. Depende de las propiedades de la superficie, el material y en el caso de ciertos objetos, de la temperatura de los mismos.
La reflexión (p) es la medida de la capacidad de un material de reflejar la radiación infrarroja. Depende de las propiedades de la superficie, la temperatura y el tipo del material. En general las superficies lisas y brillantes reflejan de forma más intensa que las rugosas y mate del mismo material.
La transmitancia (t) es la medida de la capacidad de un material de transmitir (ser permeable a) la radiación infrarroja. Depende del tipo y grosor del material.
Muchos materiales no son transmisivos, es decir, permeables a la radiación infrarroja de onda larga.
Todo cuerpo con una temperatura por encima del cero absoluto (-273.15 °C) emite calor radiante (radiación infrarroja).
La ley de radiación de Kirchhoff postula que la radiación recibida (absorbida) y la repelida (emitida) por un cuerpo real están en equilibrio térmico, o dicho de otro modo, un cuerpo siempre emite exactamente la misma cantidad de calor que la que recibe. A partir de esta teoría podemos deducir que:
ε = α
Por lo que teóricamente un cuerpo puede absorber y repeler el 100 % de la radiación a la que está expuesto. Este hipotético cuerpo ideal fue descrito por Kirchhoff como
En este caso:
α = ε =1
Al contrario que con el cuerpo negro ideal, para los siempre es e < 1, porque cuando se trata de cuerpos reales hay que tener en cuenta otras características: la reflexión y la transmisión. Por lo tanto, en estos casos se aplica lo siguiente
ε + ρ + τ = 1
Cuerpo negro:
Cuerpos reales:
Significado de ε, ρ & τ en la termografía. Tal y como explicamos en el capítulo anterior, la radiación infrarroja detectada por una cámara termográfica se describe mediante la fórmula ε + ρ + τ = 1.
No obstante, tan solo unos pocos materiales son permeables (capaces de transmitir) radiación infrarroja de onda larga, por lo que la fórmula se puede simplificar aε + ρ = 1.
En termografía, esto significa:
> En objetos con una elevada emisividad (e = 0.8):
> En objetos con una emisividad media (0.8 > e > 0.6):
> En objetos con una emisividad baja (e = 0.6):
En la realidad no existe nada similar a la definición de "cuerpo negro" postulada en la ley de radiación de Kirchhoff.
No obstante, con la ayuda de tecnología avanzada se pueden recrear fuentes de radiación muy parecidas a las propiedades ideales de un "cuerpo negro". Estas fuentes de radiación se usan, p.ej. para el ajuste de sensores infrarrojos.
Lo opuesto a un "cuerpo negro" sería un "cuerpo blanco", concepto teórico de igual manera, puesto que un "cuerpo blanco" reflejaría cualquier radiación que le afectara.
El comportamiento de todos los cuerpos reales se posiciona entre estos dos conceptos teóricos extremos.
Muchos de los objetos (cuerpos) que nos rodean son "cuerpos grises". Su superficie solo absorbe o emite parte de la radiación que les llega. Además, una parte de la radiación se refleja, y en casos aislados esta radiación también se transmite.
De forma adicional, ciertos materiales reaccionan de maneras diferentes según su temperatura. A estos cuerpos se les llama cuerpos coloreados".
La atmósfera está compuesta de una mezcla de gases que absorbe y dispersa una gran proporción de la radiación del total del espectro electromagnético.
Por ejemplo, la capa de ozono absorbe la radiación de onda corta y muy rica en energía UV casi por completo, protegiéndonos, p.ej. contra las quemaduras del sol y el cáncer de piel.
No obstante, la atmósfera es permeable a ciertas longitudes de onda, conocidas como "ventanas atmosféricas". Por ejemplo, alrededor del 50 % de la luz visible penetra la atmósfera. Sin esta ventana atmosférica, la vida en la tierra tal y como la conocemos no sería posible puesto que sin luz no se produciría la fotosíntesis.
Existen ventanas de este tipo en el rango de longitud de onda de la radiación IR.
El rango FIR (far infrared [infrarrojo lejano]) en particular, de 8 a 14 µm, se muestra ideal para mediciones técnicas puesto que en este rango hay una transmisividad atmosférica muy elevada y constante.
Así, las mediciones se pueden efectuar a razonablemente largas distancias,por lo que todas las cámaras termográficas trabajan en este rango.
Algunas cámaras operan en el rango MIR (middle infrared [infrarrojo medio]), de 3 a 5 µm. No obstante, si se mide a largas distancias, la atmósfera puede causar una debilitación considerable. En determinadas aplicaciones muy especiales, p.ej. la astronomía, también se usa el rango SIR (short infrared [infrarrojo corto]) de 0.8 a 2.2 µm.
"Transferencia de calor" es la denominación genérica de muchos procesos. Este capítulo es una descripción simplificada de los flujos de energía térmica que ocurren en un cuerpo debido a las diferencias de temperatura.
Se distingue sobre todo entre tres tipos de transferencia de calor:
Ver detalles en la siguiente pantalla.
La conducción transporta la energía térmica de un lugar a otro.
Esto sucede tanto en líquidos como en sólidos.
En este tipo de transferencia solo fluye la energía pura, nunca partículas.
La energía se transfiere mediante el impacto aleatorio de las partículas mientras en esencia estas permanecen en sus lugares de origen.
Igual que la conducción, la convexión también transporta calor.
Pero al contrario que la conducción, donde no hay flujo de partículas, la transferencia de calor por convexión solo se produce si hay un flujo de materia.
Una característica distintiva es que el flujo siempre se produce de una temperatura caliente a una fría.
En realidad, la convexión solo ocurre en gases y líquidos.
La corriente del golfo es un ejemplo clásico de convexión. El agua cálida fluye del Caribe a lo largo de la costa Este de los EE.UU. y luego dirección noroeste atravesando el Atlántico, enfriándose a medida que se desplaza. Esta es una de las razones por las que el peso específico del agua se incrementa y finalmente se desploma entre Irlanda e Islandia. Si este "sistema de calefacción por agua caliente", las temperaturas en Europa serían mucho más bajas; algunos investigadores afirman que Europa estaría tan poco poblada como el centro de Canadá. Otro ejemplo de convexión es una chimenea, por donde asciende el aire caliente hacia donde hay aire más frio.
Ya sabemos algo acerca de los diversos tipos de radiación a través del espectro electromagnético.
El calor radiante / la radiación infrarroja son particularmente importantes para la termografía.
Al contrario que con la conducción y la convexión, para transportar calor mediante la radiación infrarroja no se necesitan partículas, por lo que se puede afirmar que toda forma de radiación electromagnética funciona en un vacío.
El ejemplo más sencillo de radiación es el calor que llega a la superficie terrestre desde el sol.
Tal y como sucede con la luz visible, el sol también emite todos los tipos de radiaciones del espectro electromagnético.
Los tres tipos de transferencia de calor descritos anteriormente tienen un significado considerable para la termografía.
La transferencia de calor en forma de radiación representa la base de todas las mediciones termográficas.
Mediante la conducción se pueden detectar, p.ej. bajo la superficie. El calor siempre "fluye" a través de un material hacia el punto más frío, por lo que siempre hay zonas con diferencias de temperatura en la superficie del objeto. Estas zonas se pueden detectar mediante termografías.
La conducción también influye en la capacidad térmica de las sustancias.
El agua tiene una relativamente alta capacidad térmica. lo que significa que las zonas húmedas, p.ej. en techos planos, se pueden detectar porque el agua retiene el calor por más tiempo que otras sustancias.
Por el contrario, la convexión significa que un muro se enfría o recalienta debido a la circulación de aire, por ejemplo. Otro ejemplo es la determinación de la temperatura de los aislantes en sistemas de alta tensión: el calor pasa al ambiente, usualmente más frío, por lo que la temperatura real del aislante no se puede determinar.
Puentes térmicos: Un puente térmico es lo que también se llama erróneamente puente frío. Describe las áreas de un inmueble en el que el calor se escapa al exterior más rápido que en otras zonas. Un puente térmico ocurre, p.ej., como resultado de un aislamiento defectuoso por el uso de materiales de construcción inadecuados.
La termografía es un método de medición pasivo, sin contacto, en el que la distribución de la temperatura en las superficies se mide con el uso de una cámara termográfica. La cámara termográfica mide la radiación infrarroja de onda larga en el campo de visión y utiliza los resultados para calcular la temperatura del objeto medido.
Estos resultados se plasman en una imagen virtual coloreada (imagen térmica). Así se hace visible la distribución de la temperatura en la superficie del objeto.
Cada píxel de una imagen térmica representa un punto de temperatura en la superficie del objeto medido.
El procesamiento de la imagen virtual coloreada considera la emisividad (e ) de la superficie del objeto medido y la temperatura reflejada.
Ambas variables se pueden ajustar manualmente en la cámara termográfica.
La termografía es una tecnología de medición de última generación por lo que respecta a la producción de imágenes.
Después de que Herschel descubriera la radiación infrarroja en el siglo XIX, los primeros logros técnicos alrededor de 1920 posibilitaron la medición de dicha radiación. Pero no fue hasta tiempo despúes cuando la radiación se convirtió de forma automática en temperatura.
Durante la Segunda Guerra Mundial, las propiedades de la radiación infrarroja se usaron principalmente para temas militares con la invención de los misiles guiados por infrarrojos.
Tras la guerra, el desarrollo avanzó rápidamente. La empresa Sueca AGA lanzó al mercado la primera cámara termográfica para propósitos civiles y comerciales en 1960.
Las primeras cámaras eran pesadas, grandes y poco manejables. No fue hasta los 80s cuando aparecieron las primeras cámaras termográficas cómodas y manejables.
Muchos avances técnicos, un progreso importante en el campo de la tecnología informática y la llegada de la era digital en la mitad de los 90s provocaron la rápida evolución de las cámaras.
La posibilidad de adquirir instrumentos de elevadas prestaciones a un precio cada vez más barato permitieron a la termografía acceder a un espectro muy amplio de aplicaciones civiles.
Y no se intuye final a este impresionante progreso.
En las próximas pantallas aprenderá mucho más acerca de dos de los componentes más importantes de una cámara termográfica – las lentes y el sensor.
El objetivo de una cámara termográfica es un sistema óptico que incorpora varias lentes individuales. Estas lentes definen el campo de visión en el que la cámara puede detectar la radiación infrarroja. La lente también cumple la misión de hacer llegar la cantidad adecuada de radiación infrarroja al detector (sensor).
Como ya se ha mencionado, el tipo de objetivo determina el campo de visión de la cámara termográfica. En termografía, se distingue habitualmente entre objetivo angular y teleobjetivo.
El objetivo angular de los testo 875 y 881 (32° x 23°), es particularmente adecuado para medir objetos o superficies grandes termográficamente, porque de un solo vistazo se obtiene una imagen bastante amplia.
El teleobjetivo de los testo 875 Y 881, por el contrario, tiene un campo de visión de 9° x 7° y por tanto se centra en una sección pequeña de la imagen.
Los detalles se identifican mucho mejor con un teleobjetivo. Especialmente en termografía edilicia, las imágenes térmicas se pueden tomar incluso a grandes distancias.
Como ocurre con casi todas las cámaras termográficas, las lentes de los testo 875 y 881 están fabricadas en germanio, uno de los pocos materiales que es muy permeable a (capaz de transmitir) la radiación infrarroja. No obstante, este material es muy sensible y se ralla con facilidad, por lo que las lentes se deben tratar con sumo cuidado.
La perfección gradual de los sensores también ha contribuido a la actual expansión mundial de la termografía.
La tarea del sensor en una cámara termográfica consiste en convertir la radiación térmica en señales eléctricas. Estas señales se envían a un procesador que crea una falsa imagen visible coloreada a partir de las mismas.
La tecnología de medición por infrarrojos usa un gran número de sensores con una amplia gama de características, tanto por lo que respecta a su estructura como a la evaluación electrónica de los datos.
Avance a la siguiente pantalla, hay más información acerca de sensores escáner y sensores FPA (focal plane arrays - matrices de plano focal).
Al contrario que el chip CCD (charge coupled device - dispositivo de carga acoplada) de una cámara digital, una cámara por escáner solo dispone de un detector individual.
Por tanto, el sensor consiste en un único punto, p.ej. un fotodiodo, y no un área.
En la cámara, un espejo vertical y uno horizontal rotan sobre sus propios ejes, movimiento coodinado de tal manera que cada píxel de la imágen se dirige finalmente hacia el detector individual.
Este detector convierte la radiación recibida en señales eléctricas, que son recreadas en una imágen visual por el resto de la electrónica.
El principal inconveniente de las cámaras por escáner, aparte de tener que refrigerarse frecuentemente con nitrógeno líquido, es que la captura de la imagen supone un período de tiempo relativamente largo.
Debido a que algunas cámaras tardan hasta un segundo en "escanear" el objeto, algunos de estos en movimiento pueden producir distorsiones o imágenes desenfocadas.
La gran ventaja de las cámaras por escáner es su extremadamente elevada exactitud relativa, porque entre cada píxel individual hay diferencias de temperatura muy bajas.
Al día de hoy, el sensor más comun entre las cámaras termográficas es el FPA (focal plane array - matriz de plano focal).
La notoriedad de las cámaras con sensores FPA se debe sobre todo a que su exactitud aumenta emulando la exactitud de las cámaras por escáner.
Un FPA tiene una estructura compleja y a menudo exprime la electrónica asociada al límite. Para expresarlo con sencillez, un FPA es un chip de silicio con una fina capa adicional.
Esta capa fina también se conoce como la matriz microbolométrica y se subdivide en filas y columnas, lo que significa que los testo 875 y 881 disponen de 19,200 microceldas (160 x 120 píxeles). Un FPA es una matriz detectora bidimensional y por tanto un sensor de área.
Cada una de las 19,200 microceldas representa un bolómetro independiente; un bolómetro tiene la propiedad de generar una señal eléctrica mediante cambios de resistencia, según el nivel de radiación infrarroja recogida.
Esta señal se envía a la electrónica, donde se crea una imagen virtual coloreada de 160 x 120.
Con un FPA se pueden tomar varias termografías por segundo, lo que supone una tasa de refresco de la imágen de 9 Hz para el testo 875 y 33 Hz para el testo 881.
Otra de las ventajas importantes del FPA es que se puede utilizar sin problemas en temperaturas inferiores a la temperatura ambiente en interiores.
Resolución es la palabra usada para definir la habilidad del sensor de reproducir ciertos detalles de imagen muy pequeños.
La resolución se indica como el número total de píxels o el número de filas y columnas del FPA.
Las pantallas de los testo 875 y 881 tienen 160 x 120 píxeles, para un total de 19,200 píxeles.
La exactitud indica la cercanía del resultado de la medición al valor verdadero del parámetro.
La exactitud de los testo 875 y 881 es de ±2 °C o ±2 % de la lectura, lo que sea mayor.
Por tanto, si medimos una superficie con una temperatura real de 100 ºC con los testo 875 ó 881, los resultados de medición obtenidos no diferiran en más de 2 °C.
La NETD (noise equivalent temperature difference - diferencia de temperatura equivalente a ruido) describe la menor diferencia en temperatura entre dos píxeles que la cámara puede medir. La NETD también se conoce como sensibilidad térmica.
A menor NETD, mayor exactitud en las termografías.
La sensibilidad térmica del testo 881 es inferior a 50 mK a una temperatura ambiente de 30 °C.
Para obtener una lectura correcta y determinar la distancia de medición apropiada (z), se deben tener en cuenta varios parámetros.
IFOVmeas - objeto medible más pequeño – basado en los datos de un teleobjetivo.
El IFOVmeas (measured instantaneous field of view) es la designación del objeto más pequeño cuya temperatura se puede medir de forma precisa con una cámara termográfica. Al IFOVmeas también se le llama marca de medición.
Ejemplo de objeto de medición - La cabeza de 1.3 mm de un alfiler se mide (círculo rojo = objeto visible más pequeño) contra un muro, a una distancia de 1 m. |
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Caso real La cabeza del alfiler solo llena parte del píxel / bolómetro del detector. Consecuentemente, la temperatura medida por el bolómetro no corresponde ni con la temperatura del alfiler ni con la de la pared. El bolómetro solo hace un cálculo del promedio de los dos valores. |
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Caso ideal El objeto medido cubre caso por completo un píxel entero del detector. La temperatura medida por el bolómetro está muy cercana a la temperatura verdadera de la cabeza del alfiler. |
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Regla general: IFOVmeas = 3 x IFOV Sólo si un objeto es tres veces mayor que el tamaño del objeto visible más pequeño un píxel del detector queda cubierto por completo. En este píxel se detecta la temperatura verdadera del objeto medido. |
El IFOV (instantaneous field of view), también conocido como IFOVgeo (resolución geométrica), es la medida de la habilidad del detector de resolver detalles en conjunción con el objetivo.
La resolución geométrica se representa en mrad y define el objeto más pequeño que se puede representar en la imagen del visualizador, según la distancia de medición. En la termografía, el tamaño de este objeto corresponde a un pixel.
El valor representado en mrad corresponde al tamaño del punto visible [mm] de un píxel a una distancia de 1m.
IFOV - illustrado según el teleobjetivo del testo 875-881
El campo de visión de la cámara termográfica describe el area representada y localizada por el detector.
La cantidad se expresa en ángulos, independientemente de la distancia. El campo de visión depende del objetivo usado.
En la práctica, un ángulo amplio – o sea, usando un objetivo gran angular – es importante si se quiere obtener un campo de visión amplio.
Por el contrario, un teleobjetivo dispone de un ángulo más estrecho y visualiza un área mucho más reducida, por lo que el FOV es más pequeño.
El rango de medición de una cámara termográfica indica las temperaturas de los objetos que puede llegar a medir. Fuera del rango establecido, normalmente no se puede asegurar la exactitud de las lecturas. Testo 875 tiene un rango de medición de -20ºC a +280ºC y testo 881 un rango de -20ºC a +350ºC. Para su óptima utilización, el rango de medición de las cámaras se ha dividido en dos rangos más, de -20 °C a +100 °C y de 0 °C a +350 °C (+280 ºC para testo 875).
Las temperaturas medidas en una termografía se emparejan con los colores de la escala. La función de auto escalado de los testo 875 y 881 posibilita la adecuación automática de la escala a los valores actuales.
El valor de temperatura medido más bajo y más alto se ajustan como los valores límite de la escala, que se actualiza constantemente. De este modo, la imagen que se obtiene en tiempo real con los testo 875 y 881 está en constante modificación para mostrar siempre la imagen virtual coloreada más óptima. No obstante, en determinadas aplicaciones es necesario ajustar la escala manualmente, opción también disponible en los testo 875 y 881. El usuario puede ajustar tanto el límite inferior como el límite superior de la escala de forma que solo se muestren en el visualizador las temperaturas entre ambos límites y se vean mucho mejor los detalles de los objetos medidos. En cierto modo, es un método para obviar zonas u objetos irrelevantes para la medición. En las ilustraciones del ejemplo de la derecha la escala se ha ajustado manualmente.
En la secuencia de termografías de arriba a abajo el valor límite inferior se ha incremetado gradualmente, por lo que la taza fría no se ve en la termografía inferior. En cambio, la distribución de temperaturas de la superficie de la taza caliente se ve mucho más claramente.
Una manera sencilla de convertir la radiación infrarroja detectada en una imagen visual es representarla en varios miles de escalas de grises diferentes.
Imagen en escala de grises
No obstante, el ojo humano solo puede distinguir varios cientos de escalas de grises frente al millón de colores que distingue. Por este motivo, las imágenes en escala de grises de la cámara se convierten en imágenes en color mediante colores virtuales, lo que facilita al ojo humano distinguir los detalles mucho más fácilmente.
En los testo 875-881 se puede escoger entre 4/9 paletas diferentes según lo requerido, de las cuales dos las vamos a describir en detalle a continuación.
La paleta de hierro es una de las paletas más habituales. Imita una lógica que todos hemos aprendido de jóvenes.
El hierro frio y sólido tiene un color oscuro. Incandescente, es rojo. Cuando se funde, el hierro tiene un color de amarillo a blanco. Por tanto, podemos establecer una regla general: a mayor temperatura, un color más claro. La paleta Hierro está pensada para interpretarse exactamente igual.
Por el contrario, si la prioridad es enfatizar los contrastes, la paleta Arco iris es mucho más adecuada. Los colores en el arco iris están dispuestos de tal manera que a un color oscuro siempre sigue un color claro. Esto le da a la imagen un contraste especialmente intenso.
Cuando se realiza una termografía, básicamente siempre se debe medir en un punto del que conozcamos su emisividad.
Prácticamente la totalidad de las sustancias orgánicas, pinturas, recubrimientos, papeles, plásticos, minerales, etc. se pueden medir sin dificultades con una cámara termográfica. La emisividad de todos estos materiales es más o menos del 0.95 y además no depende de la temperatura.
Por el contrario, los metales con superficies pulidas y brillantes o con estructuras cambiantes son más difíciles de medir.
Normalmente, su emisividad es baja y se ve alterada si la temperatura de los objetos medidos también cambia.
Para poder medir correctamente, es necesario aplicar algún tipo de recubrimiento, como pintura o cinta adhesiva de emsividad.
El color del material no influye notablemente en la radiación infrarroja emitida por el objeto medido. Esta depende solo de la temperatura y no del color de la superficie del objeto.
Consecuentemente, un radiador pintado de blanco emite exactamente la misma cantidad de radiación infrarroja de onda larga que un radiador pintado de negro.
La emisividad describe la capacidad de una superficie para emitir radiación infrarroja. Si ésta no se conoce, no se puede medir correctamente con una cámara termográfica. Para determinar la emisividad de la superfice del objeto medido hay varias formas; a continuación exponemos tres de las más habituales.
Imaginemos que medimos la temperatura de las paredes de una estancia con una cámara termográfica. En la estancia también hay una chimenea con el fuego encendido. El fuego emite calor radiante en todas direcciones, también hacia la pared que medimos; esta pared refleja el calor radiante,que también llega hasta la cámara.
Por lo tanto, la cámara también detecta no solo el calor radiante que emite la pared, sino también parte de la temperatura del fuego que refleja la pared.
Consecuentemente, esta temperatura reflejada influye en el resultado de la medición. Tal y como ocurre con la emisividad, se debe determinar y ajustar dicha temperatura en la cámara.
La temperatura reflejada tiene una influencia considerable en la medición, sobre todo cuando se miden objetos con una emisividad muy baja.
En muchos casos, la temperatura reflejada es idéntica a la temperatura ambiente. Sin embargo, si hay factores como la chimenea o la radiación celestial fría que interfieren en el lugar de la medición, la temperatura de la radiación reflejada se debe determinar mediante un radiador Lambert.
Un radiador Lambert es un objeto que refleja la radiación incidente con la difusión óptima, es decir, con la misma intensidad en todas direcciones. La temperatura reflejada se puede calcular manualmente por aproximación con la ayuda de un radiador Lambert improvisado, p.ej. una lámina de aluminio arrugada y alisada de nuevo. Esta lámina se situa cerca o idealmente sobre el objeto a medir; a continuación se mide la temperatura de la lámina con la emisividad ajustada a 1 en la cámara. La temperatura medida estará bastante cerca de la temperatura real reflejada por lo que el valor emitido se debe ajustar en la cámara para poder obtener valores de medición correctos
Para efectuar correctamente una medición con la cámara termográfica se deben tener en cuenta las siguientes condiciones ambientales:
1. Temperatura ambiente:
Como ya se ha comentado, la temperatura ambiente influye en la temperatura reflejada. En muchos casos tan solo hay unos pocos grados Celsius entre la temperatura ambiente y la temperatura reflejada.
2. "Radiación celestial fría difusa" / sol
La radiación infrarroja que llega del cielo raso se conoce coloquialmente como "radiación celestial fría".
En días despejados, el objeto a medir normalmente refleja la "radiación celestial fría" y la radiación solar cálida. Teniendo en cuenta el área, el cielo abarca mucho más que el sol, por lo que la temperatura reflejada puede situarse bajo 0 °C.
Por lo tanto, un cielo nuboso presenta las condiciones ideales para medir en exteriores, ya que de esta forma no llega la radiación celestial fría.
3. Humedad:
La humedad relativa debe ser baja para prevenir la condensación en el objeto a medir, en el filtro protector de la lente o en la lente misma.
4. Corrientes de aire:
Una corriente de aire puede afectar el objeto medido puesto que la convección arrastra el calor de un objeto cálido y la transfiere a un objeto frío hasta que las temperaturas del aire y del objeto se han igualado.
5. Polución ambiente:
Algunas materias suspendidas, como el humo, el hollín o el polvo muestran gran emisividad y apenas permiten el paso o la transmisión de la radiación infrarroja. Las partículas mismas de la contaminación emiten rayos caloríficos, también detectados por la cámara. Consecuentemente, la radiación infrarroja del objeto medido solo llega a la cámara parcialmente, ya que se la materia suspendida la absorbe o la dispersa. Esta interferencia puede llegar a ser tan relevante hasta el punto de no permitir efectuar la medición mediante termografía de forma correcta.
6. Luz:
La luz no tiene un impacto significativo en la medición con una cámara termográfica. En principio, también se podrían efectuar mediciones en la oscuridad. No obstante, algunas fuentes de luz emiten radiación infrarroja y por tanto afectan a la temperatura de los objetos. Por tanto, no se deberían efectuar mediciones cerca de una bombilla incandescente. Los LEDs o las luces de neón, por el contrario, no presentan este tipo de problema porque emiten la mayor parte de la energia recibida en forma de luz visible y no como calor radiante.
En termografía es habitual encontrar casos de reflexión especular. Al medir cobre pulido (ε = 0.03), p.ej., la reflexión especular visible es un indicador de la altamente reflectante superficie del material, o lo que es lo mismo, de una superficie con baja emisividad.
La reflexión especular también ocurre cuando se mide vidrio (ε = 0.94). Cuando una cámara termográfica apunta, p.ej. a un panel de cristal es habitual percibir su propio contorno.
Esto destaca el hecho que altamente especular no siempre significa altamente reflectante, porque la termografía de una pared de arenisca (ε = 0.67) no muestra contorno alguno de los objetos reflejados cuando la arenisca tiene una relativamente baja emisividad.
Por tanto, podemos considerar que si la radiación ambiente se refleja especularmente en trazos diáfanos no depende de la emisividad sino de la estructura de la superficie.
La radiación siempre se refleja en el mismo ángulo con el que incide en la superficie.
(Ángulo de incidencia = ángulo de reflexión). Si la radiación infrarroja se refleja equitativamente, p.ej. en un cristal, entonces de produce la reflexión especular.
Por el contrario, si los rayos infrarrojos inciden en superficies irregulares (o lo que es lo mismo, zonas de la superficie que forman diferentes ángulos), se reflejan en varias direcciones.
Esta reflexión difusa provoca que no se pueda crear ninguna reflexión especular.
La termografía es una forma de medición de temperatura sin contacto mediante una técnica de producción de imágenes extermadamente rápida.
Gracias a estas propiedades, resulta adecuada para un gran número de áreas.
Durante los últimos años, se ha estandarizado el uso comercial de las cámaras termográficas.
Hoy en día existen muchas y variadas aplicaciones en las que una cámara termográfica resulta un instrumento especialmente adecuado porque cumple con los requisitos de la medición.
Las principales áreas de aplicación en la vida civil son:
Las aplicaciones más habituales en el campo de la termografía de la construcción son:
Las aplicaciones más habituales en el campo de la electrotermografía son:
Las aplicaciones más habituales de la termografía industrial son:
Las normativas y directrices más importantes de la termografía se dividen en dos categorías.
Siga el diálogo entre nuestros dos personajes para saber cuáles son esas dos categorías.
Como ya sabemos por el diálogo, las normativas y directrices para la termografía se dividen en dos categorías.
Las siguientes normativas y directrices describen los requisitos acerca de las especificaciones técnicas de las cámaras termográficas:
Las siguientes normativas describen las especificaciones para la formación y cualificación de los operarios que trabajan en el campo de la termografía.
Hola!!
En la siguiente sesión de formación encontrará todo lo que necesita saber sobre el tema "gases de combustión".
Al finalizar la formación podrá realizar un test de conocimientos, y el sistema le informará el % de respuestas correctas obtenidas.
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Tiempo de trabajo: aprox. 45 min.
¡Páselo bien!
Debido al creciente uso de la combustión en todas sus formas, el medio ambiente está siendo expuesto a cantidades cada vez mayores de contaminantes. Una vez han emitido su calor a las superficies de calefacción de un generador de calor, se denominan gases de combustión. La formación de smog, la producción de lluvia ácida y la creciente incidencia de alergias son consecuencias directas de esta tendencia.
La forma de recuperar la energía respetuosamente con el medio ambiente debe ser, por consiguiente limitando los contaminantes. Los gases de combustión contaminantes solo se pueden limitar con efectividad si las instalaciones existentes se operan con la mayor eficiencia posible o si se cierran las instalaciones de combustión contaminantes. Se determinan las concentraciones de contaminantes y las instalaciones de calefacción se ajustan a los valores mejores posibles por medio del análisis de los gases de combustión.
Los elementos encontrados en los gases de combustión se listan a continuación en orden de importancia de sus concentraciones en los gases de combustión.
Nitrógeno (N2):
El nitrógeno (N2) es el elemento principal en el aire que respiramos (79 % vol.). Este gas incoloro, inodoro e insípido, no toma parte en la combustión. Pasa por la instalación de combustión como inerte y se conduce, calentado, a la chimenea.
Valores típicos en los gases de combustión: Instalaciones de combustión de petróleo / gas: 78% - 80%
Anhídrido carbónico (CO2):
El anhídrido carbónico es un gas incoloro e insípido con un ligero gusto ácido. Bajo el efecto de la luz del sol y el pigmento de las hojas verdes, la clorofila, las plantas convierten el anhídrido carbónico (CO2) a oxígeno (O2).
La respiración de las personas y animales vuelve a convertir el oxígeno (O2) en anhídrido carbónico (CO2). Esto sería un equilibrio pero es perturbado por los gases de combustión.
Esta perturbación incrementa el efecto invernadero. La concentración máxima permitida de anhídrido carbónico (CO2) en el puesto de trabajo es de 5000 ppm.
Se produce inmediatamente la pérdida de consciencia tan pronto como la concentración en el aire inhalado supera el 15 % en volumen (150.000 ppm).
Valores típicos en los gases de combustión: Instalaciones de combustión de petróleo: 12,5% - 14%
Instalaciones de combustión de gas: 8% - 11%
Vapor de agua (humedad):
El hidrógeno contenido en el combustible se une con oxígeno para formar agua (H2O). Dependiendo de la temperatura de los gases de combustión (FT), luego aparece conjuntamente con el agua del combustible y el aire de la combustión o como humedad de los gases de combustión (a FT alta) o como condensado (a FT baja).
Oxígeno (O2):
El resto del oxígeno no utilizado en el proceso de combustión si hay exceso de aire aparece como parte gaseosa de los gases de combustión y es una medida de la efectividad de la combustión. Se utiliza para calcular las pérdidas en los gases de combustión y el contenido en anhídrido carbónico.
Valores típicos en los gases de combustión: Instalaciones de combustión de petróleo: 2% - 5%
Instalaciones de combustión de gas: 2% - 6%
Monóxido de carbono (CO):
El monóxido de carbono es un veneno respiratorio, incoloro e inodoro, y producto de la combustión incompleta. Si la concentración supera un nivel determinado, impide la absorción de oxígeno por la sangre. Si, por ejemplo, el aire inhalado en un recinto contiene 700 ppm de CO, el que inhale el aire morirá en menos de 3 horas. La concentración máxima permitida de monóxido de carbono (CO) en el puesto de trabajo es 50 ppm.
Valores típicos en los gases de combustión:
Instalaciones de combustión de petróleo: 80 ppm - 150 ppm
Instalaciones de combustión de gas: 80 ppm - 100 ppm
Óxidos de nitrógeno (NOx):
A temperaturas elevadas (combustión), el nitrógeno (N2) en el combustible y en el aire ambiente se une con el oxígeno del aire (O2) para formar óxido nítrico (NO). Después de un cierto tiempo, este gas incoloro se oxida combinándose con oxígeno (O2) para formar dióxido de nitrógeno (NO2). El NO2 es un veneno respiratorio soluble en agua que si se inhala produce graves daños a los pulmones y que combinado con la radiación ultravioleta (luz solar) contribuye a la formación de ozono. La suma de los componentes NO y NO2 se denomina como óxidos de nitrógeno (NOx).
Valores típicos en los gases de combustión:
Instalaciones de combustión de petróleo / gas: 50 ppm -100 ppm
Anhídrido sulfuroso (SO2):
El anhídrido sulfuroso (SO2) es un gas incoloro y tóxico con un olor picante. Es producido por el azufre contenido en el combustible. La concentración máxima permitida en el lugar de trabajo es 5 ppm. En combinación con agua (H2O) o condensado, genera ácido sulfuroso (H2SO3).
Valor típico en los gases de combustión de las instalaciones de combustión de petróleo: 180 ppm -220 ppm
Hidrocarburos inquemados (CxHy):
Los hidrocarburos inquemados (CxHy) se producen en caso de combustión incompleta y contribuyen al efecto invernadero. Este grupo de sustancias incluye el metano (CH4), butano (C4H10) y benceno (C6H6).
Valor típico en los gases de combustión de instalaciones de combustión de petróleo: inferior a 50 ppm
Hollín:
El hollín está compuesto, casi exclusivamente, por carbono (C) puro y se produce en caso de combustión incompleta.
Valor típico en los gases de combustión de instalaciones de combustión de petróleo: Índice de humo 0 o 1
Polvo:
El polvo hace referencia a los materiales sólidos diminutos distribuidos en el aire, que pueden estar presentes en cualquier forma y densidad. El polvo se produce a partir de las cenizas y de los constituyentes minerales de los combustibles sólidos.
La concentración de los constituyentes del gas es un indicador de la presencia de contaminantes en los humos.
Generalmente se utilizan las siguientes unidades:
ppm (partes por millón):
Al igual que el "porcentaje (%)", la unidad ppm representa una relación. Porcentaje significa "un número determinado de partes por cada cien partes"; ppm significa "un número determinado de partes por millón de partes". Si, por ejemplo, una botella de gas contiene 250 ppm de monóxido de carbono (CO), esto significa que si se extraen de esta botella un millón de moléculas de gas, 250 de ellas serán moléculas de monóxido de carbono. El resto de las 999.750 moléculas son moléculas de dióxido de nitrógeno (N2) y de oxígeno (O2). La unidad ppm no depende de la presión ni de la temperatura y se utiliza para concentraciones más bajas. Si están presentes concentraciones mayores, éstas se especifican en porcentaje (%). Los porcentajes se convierten como sigue:
10.000 ppm = 1%
1.000 ppm = 0,1%
100 ppm = 0,01%
10 ppm = 0,001%
1 ppm = 0,0001%
Una concentración de oxígeno de 21% vol. correspondería a una concentración de 210.000 ppm de O2.
mg/Nm3 (miligramos por metro cúbico):
Con la unidad mg/Nm3, se utiliza como variable de referencia el volumen normal (metros cúbicos normales, Nm3) y la masa del gas nocivo se especifica en miligramos (mg). Como esta unidad depende de la presión y de la temperatura, se utiliza como referencia el volumen en condiciones normales; estos se definen como sigue:
Temperatura: 0 °C
Presión: 1013 mbar (hPa)
No obstante, esta especificación sola no es definitoria ya que las proporciones en volumen en los gases de combustión cambian según el contenido de oxígeno (dilución de los gases de combustión con el aire ambiente). Por consiguiente las lecturas se deben convertir a un determinado volumen de oxígeno, el contenido de oxígeno de referencia (O2 de referencia). Solamente las especificaciones con el mismo oxígeno de referencia son comparables directamente. El contenido de oxígeno (O2) medido en los gases de combustión también se requiere para la conversión de ppm a mg/Nm3. Las conversiones para monóxido de carbono (CO), óxido nítrico (NOX) y anhídrido sulfuroso (SO2) se describen a continuación.
Los factores contenidos en las fórmulas corresponden a la densidad normal de los gases en mg/m³.
Conversión:
mg/kWh (miligramos por kilovatio hora de energía usada):
Para determinar las concentraciones de gases nocivos en la unidad basada en la energía, mg/kWh, los cálculos se realizan usando datos específicos del combustible. Por consiguiente hay factores de conversión diferentes dependiendo del combustible. Los factores de conversión para ppm y mg/m3 en la unidad basada en la energía, mg/kWh, se muestran a continuación. No obstante, antes de la conversión a mg/kWh, las concentraciones de los valores de las emisiones medidas se deben convertir a gases de combustión sin diluir (0% de contenido de oxígeno de referencia).
En el caso de los combustibles sólidos, los factores de conversión también dependen de la forma en la que está presente el combustible (en forma de trozos, astillas, polvo, virutas, etc.).
Testo ofrece tres categorías de sondas de muestreo según los usos:
La formación de condensados y por consiguiente el alcance para influir en las concentraciones de SO2 y NO2 también depende del tiempo disponible para una reacción.
Aquí tienen un efecto positivo las velocidades de flujo. Con esto en mente, testo ha abordado ahora un nuevo avance en el cual la manguera ya no se ha de calentar.
La manguera que conduce el gas tiene un diámetro pequeño, lo cual genera altas velocidades.
El material usado es PTFE, que es conocido por sus extremadamente bajas tasas de absorción.
La parte fundamental de cualquier analizador son los sensores o sistemas de sensores específicos de la sustancia. Su funcionamiento se basa en principios físicos o químicos tales como absorción, adsorción, transmisión, ionización, oxidación catalítica o propiedades paramagnéticas o electroquímicas. Los sensores reaccionan a un cambio en el parámetro con un cambio correspondiente en su propiedad (por ejemplo, mayor absorción de luz o reducción de la conductividad), a partir de lo cual se puede conformar la señal de medida.
Los principales grupos de sensores son:
Tipos de sensores utilizados por Testo:
En el sistema juridico español, un Real Decreto es una norma juridica con rango de reglamento, que emana del poder ejecutivo (el Gobierno), en nombre del Rey de España, y en virtud de las competencias prescritas en la Constitucion.
Hay 3 Reales Decretos que determinan las emisiones:
REAL DECRETO 833/1975:
De 6 de febrero, por el que, se desarrolla la Ley 38/1972, de 22 de diciembre, de protección del ambiente atmosférico.
Esta ley establece las líneas generales de actuación del Gobierno y servicios especializados de la Administración Pública para prevenir, vigilar y corregir las situaciones de contaminación atmosférica, cualesquiera que sean las causas que la produzcan.
Como se señala en la exposición de motivos de la Ley de Protección del Ambiente Atmosférico, el problema de la contaminación atmosférica tiene dos vertientes:
La de las inmisiones (calidad del aire) y la de la emisiones de contaminantes procedentes del ejercicio de ciertas actividades. En este sentido, el desarrollo de la Ley deberá constar de dos partes bien diferenciadas, atendiendo la primera a los aspectos técnico-económicos. Dentro de la primera vertiente antes citada, el presente Decreto establece los niveles de inmisión (normas de calidad del aire). Tambien de dedica una especial atención en la primera parte del Decreto a la caracterización de las zonas de atmósfera conterminaza, de acuerdo con lo previsto en el artículo quinto de la Ley, y las situaciones de emergencia, así como al procedimiento para llegar a declaraciones de esta naturaleza.
El aspecto de las emisiones es contemplado en la segunda parte de este Decreto. A tal fin, en cumplimiento de lo establecido en el artículo tercero, número tres, se incluye un “Catálogo de actividades potencialmente contaminadoras de la atmósfera”. Por otra parte, en aplicación de lo dispuesto en el artículo tercero, número uno, se fijan los niveles de emisión de contaminantes a la atmósfera de las principales actividades industriales potencialmente contaminadoras, que los titulares de focos emisores estarán obligados a respetar.
Ejemplo:
REAL DECRETO 653/2003:
De 30 de mayo, sobre incineración de residuos.
Este Real Decreto tiene por objeto establecer las medidas a que deben ajustarse las actividades de incineración y coincineración de residuos, con la finalidad de impedir o limitar los riesgos para la salud humana y los efectos negativos sobre el medio ambiente derivados de estas actividades. Para alcanzar los objetivos anteriores, se establecen condiciones y requisitos para el funcionamiento de las instalaciones de incineración y coincineración de residuos, así como valores límite de emisión de contaminantes, que deberán ser respetados sin perjuicio de las obligaciones establecidas en la legislación sobre residuos, contaminación atmosférica, aguas, costas y prevención y control integrados de la contaminación.
REAL DECRETO 430/2004:
De 12 de marzo, por el que se establecen nuevas normas sobre limitación de emisiones a la atmósfera de determinados agentes contaminantes procedentes de grandes instalaciones de combustión, y se fijan ciertas condiciones para el control de las emisiones a la atmósfera de las refinerías de petróleo.
España, mediante este Real Decreto, ha optado por establecer un plan nacional de reducción de emisiones para las grandes instalaciones de combustión existentes, que será llevado a cabo por la Administración General del estado, previa consulta a las Comunidades Autónomas, de modo tal que, a más tardar el 1 de enero de 2008, se consigan azufre (SO2) y partículas de las instalaciones existentes, similares a las que se hubieran alcanzado aplicando los valores límite de emisión establecido por este Real Decreto para las nuevas instalaciones.
Índice de humo:
Para determinar el índice de humo, una determinada cantidad de gases de combustión se aspira a través de un papel de filtro mediante un determinado número de carreras de bombeo de un dispositivo similar a una bomba de bicicleta.
La densidad de la mancha creada en el papel de filtro se compara frente a una escala con varios tonos de gris numerados.
El índice de humo (según Bacharach) así obtenido está entre 0 y 9. El índice de humo no se determina en los quemadores de gas.
Derivados del petróleo (residuos de petróleo):
Si la combustión es incompleta debido a atomización insuficiente, los hidrocarburos inquemados (CXHY) se recogen en el papel de filtro usado para la medición de los humos.
Estos se pueden identificar por observación y verificar utilizando un disolvente (Acetona).
Temperatura del aire de combustión (AT):
La temperatura del aire de combustión se mide en la abertura de admisión del quemador.
Para instalaciones de combustión que no dependen del aire ambiente, la temperatura se debe medir en un lugar apropiado en la tubería de suministro (Siempre que se pueda a la vez que la FT).
Temperatura de los gases de combustión (FT) en el centro del flujo:
La temperatura de los gases de combustión se mide en el centro del flujo de los gases de combustión (centro del flujo).
La temperatura y la concentración de anhídrido carbónico (CO2) están aquí a su nivel más alto y el contenido de oxígeno (O2) está en el más bajo.
Fuerza ascensional / tiro de la chimenea:
Para las calderas de tiro natural, la fuerza ascensional o tiro de la chimenea es el requisito básico para impulsar los gases de combustión a través de la chimenea.
Debido a la menor densidad de los gases de combustión calientes en comparación con el aire exterior más frío, se genera un vacío en la chimenea, que también se denomina tiro de la chimenea.
Como consecuencia de este vacío, el aire de la combustión es aspirado, venciendo todas las resistencias de la caldera y del conducto de gases de combustión. En el caso de calderas presurizadas, las presiones en la chimenea no son importantes, ya que el ventilador del quemador genera la presión positiva necesaria para impulsar los gases de combustión.
En estas calderas se puede usar un diámetro de chimenea menor.
Concentración de monóxido de carbono (CO):
La concentración de monóxido de carbono se mide en las instalaciones de gas atmosféricas utilizando una sonda multiorificio.
La concentración de CO de los gases de combustión en estas instalaciones no es la misma en todas, y las líneas individuales pueden tener una concentración superior.
Por consiguiente se usa una sonda multiorificio, que registra y mide la concentración de monóxido de carbono (CO) a través de todo el diámetro del conducto de los gases de combustión.
Las lecturas de CO se convierten luego a gases de combustión sin diluir y se presentan como CO sin diluir (puCO).
Óxidos de nitrógeno (NOX):
Medir los óxidos de nitrógeno es una forma de comprobar las medidas relacionadas con la combustión para reducir las emisiones de óxido nítrico de las instalaciones de combustión.
Los óxidos de nitrógeno (NOX) hacen referencia a la suma de óxido nítrico (NO) y dióxido de nitrógeno (NO2).
La relación entre el NO y el NO2 siempre es la misma (97% NO, 3% NO2) en las calderas pequeñas (aparte de las calderas de condensación).
Por esta razón, los óxidos de nitrógeno NOX se calculan normalmente después que se ha medido el óxido nítrico NO.
Si se requieren mediciones precisas de los óxidos de nitrógeno (NOX), se deben medir las concentraciones de óxido nítrico (NO) y de dióxido de nitrógeno (NO2) por separado y sumarse.
Oxígeno (O2;):
El contenido de O2 se mide directamente en el centro del flujo de los gases de combustión. El sensor se pone a cero, generalmente, en el aire ambiente (21% de contenido de oxígeno). Las pérdidas en los gases de combustión, el CO2, el exceso de aire y el rendimiento, se calculan usando el contenido de O2.
Presión del flujo:
Para comprobar los calentadores a gas, se debe medir la presión del flujo del gas en la tubería de suministro y comprobarse el cumplimiento del valor prescrito por el fabricante. Esto se hace midiendo la presión diferencial. La medición de la presión diferencial también se requiere para ajustar la presión del chiclé en los calentadores a gas, lo cual, a su vez, ajusta la capacidad del dispositivo al calor necesario.
Pérdidas en los gases de combustión (qA):
Las pérdidas en los gases de combustión son la diferencia entre el contenido calorífico de los gases de combustión y el contenido calorífico del aire de la combustión, con relación al poder calorífico neto del combustible.
Es por consiguiente una medida del contenido calorífico de los gases de combustión derivado a través de la chimenea. Cuanto mayores son las pérdidas en los gases de combustión, más bajo es el rendimiento y por consiguiente la explotación de la energía y mayores son las emisiones de una instalación de calefacción.
Por esta razón, están limitadas las pérdidas permitidas en los gases de combustión de las instalaciones de combustión. Una vez que se ha determinado el contenido de oxígeno y la diferencia entre las temperaturas de los gases de combustión y del aire de combustión, las pérdidas en los gases de combustión se pueden calcular usando los factores específicos del combustible.
También se puede usar para el cálculo la concentración de anhídrido carbónico (CO2) en vez del contenido de oxígeno. La temperatura de los gases de combustión (FT) y el contenido de oxígeno o de anhídrido carbónico (CO2) se deben medir al mismo tiempo en un punto.
La AT también se debe medir al mismo tiempo.
Ajuste ideal para la instalación de calefacción:
Encontrar el ajuste ideal para la instalación de calefacción calculando las pérdidas en los gases de combustión merece la pena:
1% de pérdidas en los gases de combustión = 1% de consumo de combustible adicional o
Pérdidas de energía/año = pérdidas en los gases de combustión x consumo de combustible/año
Esto se puede ilustrar mediante el siguiente supuesto:
Pérdidas en los gases de combustión calculadas = 10%
Consumo de combustible/año = 3000 l de fueloil
Basándose en esto, las pérdidas energéticas corresponden a 300 l de petróleo de calefacción/año
Concentración de anhídrido carbónico (CO2):
La calidad (rendimiento) de la instalación de combustión se puede ver a partir del contenido en anhídrido carbónico de los gases de combustión.
Si está presente el contenido máximo posible de CO2 con el mínimo exceso de aire (combustión completa), entonces las pérdidas en los gases de combustión serán lo más bajas.
Para cada combustible hay un contenido de CO2 máximo posible (CO2 max) en los gases de combustión, que está determinado por la composición química del combustible. No obstante, este valor no se puede alcanzar en la práctica.
Valores máximos de CO2 para diversos combustibles:
- Fueloil ligero 15,4 % vol. CO2
- Gas natural 11,8 % vol. CO2
- Carbón 18,5 % vol. CO
Los valores de CO2 en los gases de combustión se calculan usando los valores máximos de CO2 y el contenido de oxígeno de los gases de combustión.
Exceso de aire:
El oxígeno necesario para la combustión se suministra a la instalación de calefacción mediante el aire de combustión. Para conseguir una combustión completa, es necesario suministrar más volumen de aire que el teóricamente necesario para la combustión.
La proporción del exceso de aire de combustión al aire teórico necesario se denomina como exceso de aire y se simboliza Lambda.
El exceso de aire se determina basándose en la concentración de los componentes de los gases de combustión CO, CO2 y O2. Las correlaciones se muestran en lo que se denomina el diagrama de la combustión.
En la combustión, cada contenido de CO2 tiene un determinado contenido en CO (donde hay insuficiencia de aire Lambda < 1) o en O2 (donde hay exceso de aire Lambda > 1).
Si el valor del CO2 es superior a un límite máximo, no es un indicador claro por sí mismo, de modo que también se requiere una medición de CO u O2 adicional.
Para el funcionamiento con exceso de aire (lo normal), ya se prefiere, en general, la medición del O2. Hay un diagrama específico y un valor máximo de CO2 aparte para cada combustible.
Diagrama de la combustión:
Rendimiento:
El rendimiento de la combustión hace referencia al aporte de energía y, por consiguiente, al poder calorífico inferior neto Hl.
El rendimiento se obtiene tomando el 100% del poder calorífico inferior neto Hl y restando de éste las pérdidas en los gases de combustión en porcentaje.
El rendimiento se puede mejorar, y por consiguiente reducir las pérdidas en los gases de combustión, precalentando el aire de la combustión y el combustible.
Temperatura del punto de rocío:
El punto de rocío de un gas es la temperatura a la que la humedad contenida en el gas cambia del estado gaseoso al líquido. Esta transición se conoce como condensación y el líquido que produce se llama condensado.
La humedad aparece en estado líquido por debajo del punto de rocío y en estado gaseoso por encima del punto de rocío. Un ejemplo de esto es la formación y evaporación de la niebla o el rocío a medida que cambia la temperatura.
El contenido de humedad determina la temperatura del punto de rocío. El aire con un 30 % de contenido de humedad tiene un punto de rocío alrededor de 70 °C, mientras que el punto de rocío del aire seco con un contenido de humedad de solo el 5 % es aproximadamente 35 °C.
Contenido de vapor de agua como función del punto de rocío:
Procedimiento para la medición y evaluación de las emisiones de las instalaciones de combustión
En refinerías de petróleo, en plantas petroquímicas y en plantas de obtención de lubricantes, se dispondrá de medidores en continuo de las emisiones de SO2 , partículas y NOx en chimeneas o en los conductos de salida de humos que tengan conectados instalaciones de combustión cuyas potencias sumen más de 50 KW térmicos.
No obstante lo dispuesto en el texto anterior, no será necesaria la medición continua en los siguientes casos:
Cuando no sean necesarias las mediciones continuas, se exigirán mediciones discontinuas al menos cada seis meses. Como alternativa, podrán utilizarse procedimientos adecuados de determinación, que la administración competente deberá verificar y aprobar, para evaluar la cantidad de los contaminantes anteriormente mencionados presentes en las emisiones. Dichos procedimientos utilizarán las normas CEN pertinentes tan pronto como estas estén disponibles. En caso de no disponerse de normas CEN, se aplicarán las normas ISO u otras normas nacionales o internacionales que garanticen la obtención de datos de calidad científica equivalente.
Determinación del total anual de emisiones de las instalaciones de combustión
Hola!
en los próximos 90 minutos, más o menos, encontrará mucha información sobre el tema físico de "emisiones". Se describirán conceptos técnicos básicos, el diseño y el funcionamiento de los medidores de emisiones y las normas y aplicaciones correspondientes.
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¡Páselo bien!
La energía (del griego) significa "fuerza activa " y se define como la capacidad de una sustancia, cuerpo o sistema para realizar trabajo. La energía se puede manifestar en diferentes tipos de energía dependiendo de su forma. Sencillamente hay seis categorías:
Tipos de Energía:
Los diversos tipos de energía se pueden convertir entre sí, aunque en un sistema cerrado ideal la suma de todas las energías permanecerá la misma (principio de conservación de la energía). Esto aplica realmente con relación al universo como sistema. Sin embargo, en la práctica, la energía se pierde en mayor o menor medida cuando se convierte y esta pérdida afecta al rendimiento del proceso de conversión. Las fuentes de energía que se encuentran en la naturaleza (carbón, gas natural, petróleo, luz solar, energía hidráulica) se denominan energías primarias, mientras que las formas de energía generadas convirtiendo estas energías primarias (electricidad, calor, etc.) se llaman energías secundarias. Las fuentes de energía mencionadas anteriormente no solo difieren en su forma sino, también, en su contenido de energía. Con fines de comparación, se especifica generalmente la cantidad de energía que se podría liberar si se quemara completamente una cantidad dada de una fuente de energía. La Tabla 1 proporciona unos pocos ejemplos ilustrativos. La unidad de medición de la energía es el Julio (J).
Contenido de energía de diversos combustibles:
Combustión:
La combustión es la conversión de la energía química primaria contenida en combustibles tales como carbón, petróleo y madera en energía calorífica secundaria por medio de un proceso de oxidación. La combustión es, por consiguiente, el término técnico para la reacción del oxígeno con los constituyentes inflamables de combustibles, que libera energía.
Las combustiones tienen lugar a temperaturas elevadas (hasta 1000°C y superiores) y desprenden calor. El oxígeno necesario se aporta como parte del aire de combustión. Al mismo tiempo, se genera un volumen significativo de gases de combustión y, dependiendo del tipo de combustible, determinada cantidad de residuos (cenizas, carbonilla).
Oxidación:
Denominación de todas las reacciones químicas en las que una sustancia se combina con el oxígeno. Las oxidaciones incluyen la disipación de energía y son muy importantes en la ingeniería (combustión) y la biología (respiración), por ejemplo.
Las instalaciones de combustión son instalaciones para generar calor quemando combustibles sólidos, líquidos o gaseosos. Se requieren en diversos campos, por ejemplo:
La combustión tiene lugar en una caldera; otras partes de la instalación suministran y distribuyen el combustible, suministran el aire de combustión, transmiten el calor y retiran los gases de combustión y los residuos de la combustión (cenizas y carbonilla).
Los gases de combustión:
Los gases de combustión de las instalaciones de combustión contienen los productos de la reacción entre el combustible y el aire de combustión así como los residuos; estos productos están constituidos, principalmente, por polvo, óxidos de azufre, óxidos de nitrógeno y monóxido de carbono. Si se quema carbón, los gases de combustión también pueden contener HCl y HF y si se queman residuos, los constituyentes de éstos (HCl y HF de nuevo, así como diversos hidrocarburos, metales pesados, etc.) se encontrarán en los gases de combustión.
Como parte de la reglamentación de protección medioambiental, los gases de combustión de las instalaciones de combustión están sujetos a una estricta reglamentación por lo que respecta a los límites permitidos de contaminantes tales como polvo, óxidos de azufre, óxidos de nitrógeno y monóxido de carbono en los gases limpios (a su liberación a la atmósfera). Para cumplir con estos valores límite, las instalaciones de combustión están provistas de grandes instalaciones para limpiar los gases de combustión, tales como filtros de polvo y diversos lavadores de gases de combustión.
En España, los requisitos específicos están estipulados en los Reales Decretos 833/1975, 653/2003 y 430/2004.
Combustibles:
Pueden existir en diversas formas y composiciones:
Composición del combustible:
El conocimiento de la composición del combustible es esencial para gestionar la combustión lo más eficiente, y por consiguiente, económicamente posible. Incrementar la proporción de sustancias no inflamables (inertes) reduce el poder calorífico bruto / neto y aumenta la suciedad de las superficies de calefacción. Un mayor contenido de agua sube el punto de rocío del vapor de agua y consume energía del combustible para evaporar el agua en los gases de combustión. El azufre contenido en el combustible se convierte en SO2 y SO3 durante la combustión, lo que puede producir ácido sulfuroso o ácido sulfúrico agresivos cuando el gas se enfría por debajo del punto de rocío.
El aire de combustión proporciona el oxígeno necesario para la combustión. Está compuesto por nitrógeno (N2), oxígeno (O2), bajos volúmenes de gases inertes y una parte variable de vapor de agua. En algunos casos, se utiliza para la combustión oxígeno puro o una mezcla de oxígeno y aire.Los principales constituyentes del aire de combustión (con la excepción del oxígeno, que se consume durante la combustión) se encuentran en los gases de combustión.
Combustión ideal, coeficiente de exceso de aire, balance de materiales:
Combustión ideal, coeficiente de exceso de aire, balance de materiales. La necesidad mínima de oxígeno para la combustión completa (ideal) de las partes inflamables depende de la composición del combustible.
1 kg de carbono, por ejemplo, necesita 2,67 kg de oxígeno para quemarse, mientras que 1 kg de hidrógeno necesita 8 kg y 1 kg de azufre sólo 1 kg de oxígeno. En este caso, la combustión cuando las proporciones de las cantidades son exactas se denomina como combustión ideal o combustión en condiciones estequiométricas.
Las ecuaciones de reacción correspondientes son como sigue:
Carbono: C + O2 ----> CO2
Hidrógeno: 2H2 + O2 ----> 2H2O
Azufre: S + O2 ----> SO2
Composición del aire puro y seco en la superficie terrestre:
La combustión ideal se puede basar en el modelo mostrado en la Figura 1:
Modelo de una combustión ideal:
La cantidad de oxígeno suministrado es suficiente para quemar totalmente el combustible presente; no hay exceso de oxígeno ni de combustible.
En la práctica, sin embargo, esta cantidad ideal (mínima) de oxígeno no es suficiente para una combustión completa debido a la mezcla incompleta del combustible y el oxígeno, entre otras cosas, y se debe aportar más oxígeno y por consiguiente más aire de combustión de lo que es estequiométricamente necesario. Esta cantidad adicional de aire se conoce como "exceso de aire", la proporción entre la cantidad de aire real y la estequiométricamente necesaria se conoce como coeficiente de exceso de aire (Lambda). La Fig. 2 muestra esta situación en forma de modelo; debido al exceso de aire, aquí Lambda > 1.
Modelo de la combustión con exceso de aire:
El rendimiento de la combustión máximo se consigue, por consiguiente, donde hay un exceso de aire u oxígeno mínimo, es decir, donde l > 1 (atmósfera oxidante).
Atmósfera oxidante:
Aquí hay mayor presencia de oxígeno de la que es necesaria para oxidar las sustancias oxidables en el combustible. Por consiguiente, es posible la oxidación (combustión) completa.
En términos sencillos: Oxidación = adición de oxígeno (el CO se oxida para formar CO2)
Atmósfera reductora:
En este caso hay muy poco oxígeno para oxidar todas las sustancias oxidables. Se produce lo contrario de una oxidación: una reducción.
En términos sencillos: Reducción = eliminación de oxígeno (el SO2 se reduce a S).
Determinación del coeficiente de exceso de aire:
El coeficiente de exceso de aire se puede determinar a partir de las concentraciones de los componentes de los gases de combustión CO, CO2 y O2; las correlaciones se muestran en lo que se denomina como el diagrama de combustión. Si el combustible y el aire se mezclan lo más perfectamente posible, hay un determinado contenido de CO (en el rango Lambda < 1) o un determinado contenido de O2 (en el rango Lambda > 1) para cada contenido de CO2. El valor de CO2 por sí solo no es claro debido a que el perfil de la curva va más allá del máximo, lo que significa que se requiere un ensayo adicional para establecer si el gas también contiene CO u O2 además del CO2. Para trabajar con exceso de aire (es decir, las condiciones normales), se prefiere ahora, en general, una medición de O2. Los perfiles de la curva son específicos del combustible, es decir, hay un diagrama individual y en particular un valor máximo específico de CO2 para cada combustible. Las relaciones entre estos numerosos diagramas se resumen frecuentemente en la práctica en forma de un ábaco ("triángulo de colores", no mostrado aquí).
Este se puede aplicar a cualquier tipo de combustible.
La tabla que sigue da los intervalos típicos del coeficiente de exceso de aire para determinadas instalaciones de combustión. En principio: cuanto menor es la superficie de reacción del combustible en relación con la unidad de masa (combustible de grano grueso), mayor es la cantidad de exceso de aire que se debe escoger para garantizar la combustión completa. Lo contrario también es cierto, y por esta razón los combustibles sólidos se muelen finamente y los combustibles líquidos se atomizan. Sin embargo, procesos especiales tales como el tratamiento térmico superficial se completan deliberadamente donde hay falta de aire, Lambda < 1, ya que esto es necesario para garantizar el proceso deseado.
Las dos fórmulas que siguen se aplican aproximadamente al cálculo teórico del coeficiente de exceso de aire a partir de las lecturas de CO2 o de O2:
Fórmulas para determinar el coeficiente de exceso de aire:
Rangos típicos del coeficiente de exceso de aire:
Las necesidades reales de aire se calculan:
Para el aire seco a la presión atmosférica este es 20,95%. En la práctica, sin embargo, el aire ambiente que se usa como aire de combustión nunca está totalmente seco, lo que significa que la humedad relativa también ha de tenerse en cuenta para el cálculo de la cantidad de aire, para garantizar un proceso exacto.
Volumen de gas, efecto de dilución, valor de referencia:
El aire de combustión y la humedad (vapor de agua) aumentan el volumen absoluto del gas. El gráfico que sigue ilustra este fenómeno para la combustión de 1 kg de combustible. En condiciones estequiométricas, es decir, sin exceso de aire, ésta produce aproximadamente 10 m3 de gases de combustión secos y 11,2 m3 húmedos, mientras que la misma cantidad de combustible, cuando se quema con un 25% de exceso de aire, produce un volumen de gases de combustión de 13,9 m3 húmedos. Esto tiene el mismo efecto que una dilución, ¡lo que reduce las proporciones relativas de los constituyentes de los gases de combustión! Por ejemplo, el contenido totalmente constante de SO2 baja en términos relativos desde un 0,2% (estequiométrico, seco) a un 0,18% (estequiométrico, húmedo) o 0,14% (25% de exceso de aire, húmedo), el contenido de oxígeno baja del 4,4% al 4%.
Véase también la tabla sobre el "Efecto sobre la combustión del contenido en humedad y el exceso de aire"
Composición relativa:
Efecto de dilución del contenido en humedad y del exceso de aire:
Diagrama de combustión:
A partir de los hechos resumidos anteriormente, se puede concluir que las evaluaciones de las concentraciones solamente se pueden hacer, en general, en conjunción con valores de referencia. Solamente entonces tienen sentido las lecturas y se pueden comparar frente a otras mediciones y, sobre todo, ¡frente a los requisitos reglamentarios! En la práctica, se utiliza lo siguiente:
Con relación a una cierta dilución por el exceso de aire; el contenido de oxígeno es una medida de esto, y esta referencia se expresa por ejemplo como "valor de referencia 8% de oxígeno".
Un punto de referencia próximo al contenido de oxígeno que se produce cuando la instalación se hace funcionar en las condiciones estándar de la misma.
Con relación a una cierta dilución por el contenido de humedad del gas; la temperatura del gas es una medida de esto, y esta referencia se expresa por ejemplo como "referencia a gases de combustión secos" o "a punto de rocío de 4°C".
Con relación a las condiciones normales de un gas. Esto se refiere a la dependencia del volumen de un gas de los valores de presión y temperatura actuales.
Los gases de escape generados en los procesos de combustión se denominan gases de combustión. Su composición depende del tipo de combustible y de las condiciones de combustión, ej. el valor del coeficiente de exceso de aire. Muchos de los componentes de los gases de combustión son contaminantes del aire y por tanto deben eliminarse de los gases de combustión con procedimientos especiales de limpieza extremadamente lentos y costosos, antes de liberar el gas a la atmósfera conforme a la normativa legal. Los gases de combustión en su estado original se conocen como gases brutos y como gas limpio una vez que han pasado por las fases de limpieza. A continuación se explican los principales componentes de los gases de combustión.
Nitrógeno (N2):
Con el 79 % en volumen, el nitrógeno es el principal componente del aire. Este gas incoloro, inodoro e insípido se aporta mediante el aire de combustión pero no tiene un papel directo en la misma; pasa como medio inerte y medio para disipar el calor y se devuelve a la atmósfera. Sin embargo, el nitrógeno contribuye en parte, junto con el nitrógeno del combustible, a la formación de óxidos de nitrógeno peligrosos (ver a continuación).
Anhídrido carbónico (CO2):
El anhídrido carbónico es un gas incoloro e insípido, con un gusto ligeramente ácido, y se genera en todos los procesos de combustión y durante la respiración. Debido a su propiedad de filtrar el calor radiante, es una contribución importante al efecto invernadero. Su contenido en el aire ambiente es sólo del 0,03% y la concentración máxima permitida de anhídrido carbónico (CO2) en el puesto de trabajo es del 0,5%; concentraciones en el aire inhalado superiores al 15% producen la pérdida de conciencia en las personas.
Vapor de agua (humedad):
El hidrógeno contenido en el combustible se une con el oxígeno para formar agua (H2O). Dependiendo de la temperatura de los gases de combustión (FT), aparece luego conjuntamente con el agua del combustible y el aire de la combustión o como humedad de los gases de combustión (a FT alta) o como condensado (a FT baja).
Sustancias sólidas (polvo, hollín):
Las sustancias sólidas en los gases de combustión se originan a partir de los constituyentes incombustibles de los combustibles sólidos y líquidos. Estas incluyen, por ejemplo, óxidos de silicio, aluminio, calcio, etc., en el carbón y los sulfatos de diversas sustancias en el fueloil pesado. El efecto nocivo del polvo sobre las personas está producido particularmente por la deposición de sustancias tóxicas y cancerígenas en las partículas de polvo.
Oxígeno (O2):
El oxígeno no utilizado en el proceso de combustión, si hay exceso de aire, aparece como gas en los gases de combustión y es una medida de la eficiencia de la combustión. Se usa para determinar los parámetros de combustión y como variable de referencia.
Monóxido de carbono (CO):
El monóxido de carbono es un gas tóxico incoloro e inodoro. Se genera en gran medida como consecuencia de la combustión incompleta de combustibles fósiles (instalaciones de combustión), combustibles de motor (vehículos) y otros materiales que contienen carbono. El CO es, en general, inocuo para las personas porque rápidamente se une con el oxígeno del aire para formar CO2. En recintos cerrados, sin embargo, el CO es extremadamente peligroso, ya que las personas que respiran aire con una concentración de sólo 700 ppm morirán en pocas horas. La concentración máxima en el puesto de trabajo es 50 ppm
Óxidos de nitrógeno (NO y NO2, fórmula total NOx):
En los procesos de combustión, el nitrógeno del combustible y, a temperaturas elevadas, el del aire de combustión se une en cierta medida con el oxígeno del aire de combustión para formar óxido nítrico NO (NO combustible y NO térmico) en primera instancia, que luego se oxida cuando entra en contacto con el oxígeno en el conducto de los gases de combustión y posteriormente en la atmósfera, para formar el peligroso dióxido de nitrógeno (NO2). Ambos óxidos son tóxicos; el NO2 en particular es un peligroso veneno respiratorio y en combinación con la luz solar contribuye a la formación de ozono. Se utilizan tecnologías caras tales como el proceso SCR para limpiar los gases de combustión que contienen NOx. Medidas especiales relacionadas con la combustión, tales como el suministro de aire por etapas, se utilizan para reducir los óxidos nítricos en la etapa de combustión.
Anhídrido sulfuroso (SO2):
El anhídrido sulfuroso es un gas incoloro, tóxico con un olor picante. Se produce como resultado de la oxidación del mayor o menor volumen de azufre contenido en el combustible. La concentración máxima en el puesto de trabajo es 5 ppm. En combinación con agua o condensado, se forman ácido sulfuroso (H2SO3) y ácido sulfúrico (H2SO4), ambos de los cuales están relacionados con los diversos tipos diferentes de deterioro medioambiental a la vegetación y edificios. Las plantas de desulfuración de los gases de combustión (FGD) se usan para reducir los óxidos de azufre.
Sulfuro de hidrógeno (H2S):
El sulfuro de hidrógeno es un gas tóxico que huele mal incluso en concentraciones mínimas (aprox. 2,5 µm/m3). Es un componente que se encuentra naturalmente en el gas natural y el petróleo y por consiguiente está presente en refinerías e instalaciones de procesado de gas natural, pero también en tenerías, actividades agrícolas y, no de forma menos importante, tras la combustión incompleta en los convertidores catalíticos de vehículos. Se usan diversos métodos para eliminar el H2S de los gases de combustión, incluida la combustión para formar SO2, determinados procesos de absorción o, para niveles más importantes, la conversión en azufre elemental en una instalación Claus.
Hidrocarburos (HC o CxHy):
Los hidrocarburos son un amplio grupo de compuestos químicos formados exclusivamente por carbono e hidrógeno. Los HC son las sustancias más importantes en química orgánica; en la naturaleza se encuentran en el petróleo, gas natural o el carbón. Se pueden emitir HC cuando se fabrican productos hidrocarbonados (ej. en refinerías) así como durante su uso y eliminación (disolventes, plásticos, pinturas, combustibles, residuos, etc.). Las combustiones incompletas son una fuente particular de emisiones de HC. Estas también incluyen los incendios forestales y los cigarrillos, por ejemplo. Los HC también contribuyen al efecto invernadero. Ejemplos de HC incluyen metano (CH4), butano (C4H10) y benceno (C6H6), pero también componentes cancerígenos como el benzopireno. El potencial total de compuestos orgánicos volátiles en los gases de combustión normalmente se describe como HC total o CxHy total. Esta suma se determina generalmente en los gases de combustión.
Cianuro de hidrógeno (HCN):
El cianuro de hidrógeno (también conocido como ácido cianhídrico) es un líquido extremadamente venenoso con un punto de ebullición de 25,6°C; donde está presente, adopta la forma gaseosa en los gases de combustión. El HCN también puede encontrarse en instalaciones de incineración de residuos.
Amoníaco (NH3):
En los gases de combustión, el amoníaco juega un papel, conjuntamente con el proceso SCR, en la reducción de los óxidos de nitrógeno. Se añade a los gases de combustión en cantidades exactamente dosificadas en reactores de óxidos de nitrógeno y desencadena la conversión de los óxidos de nitrógeno en nitrógeno y agua. La parte no utilizada (pérdida de NH3) se reduce fuertemente mediante etapas de limpieza posteriores y está presente normalmente en los gases limpios a 2 mg/m3 o menos.
Haluros de hidrógeno:
Si se queman carbón y/o sustancias residuales, se producen los haluros de hidrógeno HCl y HF que, en combinación con la humedad, forman ácidos agresivos. Estas sustancias se lavan de los gases de combustión en gran medida, en las instalaciones limpiadoras de gases de combustión (lavadores).
Poder calorífico bruto, poder calorífico neto
El poder calorífico bruto (anteriormente denominado como potencia calorífica neta superior) es un valor característico del combustible y describe la energía liberada durante la combustión completa en relación con la cantidad de combustible aportada. El poder calorífico neto (anteriormente denominado como potencia calorífica neta inferior) es, por otra parte, la energía liberada menos el calor de evaporación del vapor de agua generado durante la combustión a 25°C, nuevamente en relación con la cantidad de combustible aportada. El poder calorífico neto es en general, inferior al poder de combustión.
Rendimiento de la combustión
El rendimiento es una variable que se determina mientras la instalación está funcionando de forma constante, a partir de los valores de potencia. El rendimiento (siempre es inferior al 100%) es la relación entre la energía total suministrada desde la cámara de combustión y la energía necesaria o utilizada para completar el proceso (calentamiento, fusión, sinterizado, etc.). El rendimiento incluye varias partes:
Calderas de condensación
Las calderas de condensación son calderas de calefacción que, además del calor de evaporación, también hacen uso del calor de condensación de los gases de combustión generados reenfriando el gas a la temperatura apropiada. En términos de poder calorífico neto, estas calderas pueden conseguir un rendimiento de combustión del 107%. Sin embargo, el condensado cargado de contaminantes así generado se debe eliminar de forma medioambientalmente segura.
En el modo de funcionamiento estacionario, la suma de todas las energías suministradas a la instalación debe ser igual a la suma de las energías emitidas por la instalación; véase la tabla que sigue.
Contribuciones para mantener el balance energético
La parte principal de la pérdida son las pérdidas en los gases de combustión. Es función de la diferencia entre la temperatura de los gases de combustión y la temperatura del aire de combustión, de la concentración de O2 o CO2 en los gases de combustión y de factores específicos del combustible. En las calderas de condensación (véase anteriormente), estas pérdidas en los gases de combustión se reducen de dos formas, haciendo uso del calor de condensación y mediante la menor temperatura de los gases de combustión resultante. Las pérdidas en los gases de combustión se pueden calcular usando las siguientes fórmulas:
FT: Temperatura de los gases de combustión
AT: Temperatura del aire de combustión
A2, B: Factores específicos del combustible
21: Contenido de oxígeno del aire
O2: Concentración de O2 medida
KK: Variable que presenta la variable qA como valor negativo si no se alcanza el punto de rocío. Necesario para mediciones en calderas de condensación.
Para los combustibles sólidos, los factores A2 y B son iguales a cero. La fórmula se simplifica luego usando el factor f para obtener lo que se denomina como la fórmula de Siegert.
Los factores específicos del combustible usados en las fórmulas se indican a continuación.
Factores específicos del combustible:
Punto de rocío
El punto de rocío o temperatura del punto de rocío de un gas, se entiende que significa la temperatura a la que la humedad contenida en el gas cambia del estado gaseoso al estado líquido; véase el diagrama que sigue. Esta transición se conoce como condensación, el líquido que se produce, condensado. La humedad aparece en estado líquido por debajo del punto de rocío y en estado gaseoso por encima del punto de rocío; un ejemplo de esto es la formación y evaporación de la niebla o el rocío, a medida que cambia la temperatura. El contenido de humedad determina la temperatura del punto de rocío. El aire con un 30% de contenido de humedad tiene un punto de rocío de alrededor de 70°C, mientras que el punto de rocío del aire seco con un contenido de humedad de sólo el 5% es aproximadamente 35°C.
Contenido de vapor de agua como función del punto de rocío
Nota sobre el contenido de vapor de agua
Si se mide con un instrumento sin preparación del gas, la temperatura del punto de rocío del gas corresponde en su mayor parte a la temperatura ambiente, es decir, 25°C, por ejemplo. Si estas mediciones se comparan luego con los valores medidos con preparación del gas, es decir, la temperatura del punto de rocío de 5 °C, por ejemplo, las diferencias resultantes en las lecturas debidas al diferente contenido de humedad ¡son aproximadamente del 3%!
Cifras de concentración
El término "concentración" describe la parte de una sustancia en el total de una mezcla sólida, gaseosa o liquida, ej., alcohol en la cerveza o el oxígeno en el aire. Se utilizan diversas mediciones para especificar una concentración, tales como:
En la tecnología de emisiones e inmisiones, las unidades de concentración en peso y concentración de partículas se superponen. La unidad de masa usada en este caso es el gramo, o sus fracciones, mientras que el término ppm (partes por millón) es corriente para la concentración de partículas. Las fracciones de estas unidades se usan dependiendo de la concentración.
Por consiguiente, una cantidad de contaminantes se especifica así
Unidad de masa g con fracciones
Concentración de partículas ppm y % con fracciones
Nota sobre la concentración en peso
Debido a la dependencia general del volumen de un gas con su temperatura y su presión, también es necesario, para la certeza de una lectura cuando se usa la concentración en peso,
Después de esta clase de conversión, se indica luego el volumen en metros cúbicos normales (descritos como Nm3 o m3N).
Condiciones normales; volumen normal de un gas (VN)
El volumen de un gas depende de su temperatura y de la presión a la que esté.
Para comparar, se definió el volumen normal:
Un gas tiene su volumen normal si su temperatura y presión son idénticas a los valores definidos en las condiciones normales de 273 K (que corresponden a 0°C) y 1013 mbar (hPa).
Conversión a condiciones normales
Una lectura real (estado 1) se convierte a condiciones normales (estado 2) usando la fórmula:
c2 = c1 * ((T1 * p2) / (T2 * p1))
Nota sobre la fórmula anterior:
Las variables usadas en la fórmula significan lo siguiente:
Condición 1: Condición de medición T1:
Temperatura del gas a la medición (273 + temperatura real en °C)
p1: Presión de gas a la medición en hPa
c1: Concentración medida
Condición 2: Condición normal T2: Temperatura normal (= 273 K)
p2: Presión normal (= 1013 hPa)
c2: Concentración convertida a condiciones normales
Ejemplo: 200 mg/m3 a 35°C y 920 hPa producen 248,4 mg/Nm3 en condiciones normales después de la conversión
Concentración volumen/volumen (%v/v; ppm):
Una forma habitual de expresar la concentración de los gases es el valor volumen/volumen porcentual. Es decir:
Concentración porcentual de gas "X" (% vol/vol) = 100 * Volumen del gas contaminante "X" / volumen del gas total
Otra forma de expresar ese mismo valor de una forma más conveniente cuando ese valor de concentración es muy pequeño es pasarlo a ppm (abreviatura de partes por millón).
Conc. en partes por millón de gas "X" (ppm vol/vol) = 1000000 * Volumen del gas contaminante "X" / volumen del gas total
En otras palabras:
1% = 10000 ppm
Ejemplo:
En una chimenea a la salida de un proceso de combustión se tienen 15 cm3 de CO por cada 1000000 de cm3 de gas de combustión.
En tanto por uno: 15 cm3 /1000000 cm3 = 0,000015 de CO
En valor porcentual sería: 100 * 0,000015 de CO = 0,0015% de CO
En ppm (partes por millón), se observa que son "15 partes por millón" directamente en el enunciado. De la misma forma se obtendría multiplicando por un millón el valor en tanto por uno, es decir:
1000000 * 0,000015 de CO = 15 ppm de CO
Obsérvese que al expresar ambos volúmenes en la misma unidad, éstas se simplifican. El "%" y las "ppm" no son unidades físicas. Entonces la expresión de una concentración "volumen sobre volumen" es adimensional. La concentración masa/volumen, en cambio, sí tiene unidades.
Concentraciones volumen/volumen en base seca y en base húmeda:
Los analizadores de gases de combustión que poseen celdas electroquímicas para sensar los gases necesitan secar el gas de combustión antes de secarlo. Es decir, se remueve el vapor de agua del gas de combustión y ese vapor de agua retirado debe ser restado del volumen total de gas. Por lo tanto, en las concentraciones v/v vistas anteriormente, cuando se divide por "volumen total del gas", en realidad se divide por el "volumen total de gas seco". Y por lo tanto, la concentración está expresada en "base seca".
Si el método de medición no requiriese el secado del gas, se expresaría considerando el vapor de H2O en el volumen total. Es decir, en "base húmeda".
Ambas formas son correctas y siempre debe aclararse en qué base están expresadas las concentraciones. Los valores numéricos son distintos: al restarse el vapor de agua, el denominador es menor y por lo tanto la concentración en base seca es mayor que la misma concentración pero en base húmeda.
Reescribiendo las fórmulas anteriores con más detalle:
Concentración porcentual de gas "X" (% vol/vol) en base húmeda = 100 * Volumen del gas contaminante "X" / volumen del gas total húmedo
Cx (% vol/vol) base húmeda = 100 * Vol "X" / VGas-Húmedo (1)
Concentración porcentual de gas "X" (% vol/vol) en base seca= 100 * Volumen del gas contaminante "X" / volumen del gas total seco
Cx (% vol/vol) base seca = 100 * Vol "X" / VGas-Seco
Como el volumen del gas seco es el volumen total húmedo sustrayendo el vapor de agua
VGas-Seco= VGas-Húmedo - VH2O
y de forma análoga
VGas-Húmedo = VGas-Seco + VH2O
Considerando ésto, podemos pasar de base seca a base húmeda y viceversa si conocemos el valor del volumen o concentración de vapor de agua en el gas.
Cx (% vol/vol) base seca = Cx (% vol/vol base húmeda) / [ 100% - H2O% (v/v base húmeda)]
Cx (% vol/vol) base húmeda = Cx (% vol/vol) base seca * [ 100% - H2O% (v/v base húmeda)]
El valor de H2O% puede obtenerse analizando una muestra del gas por método gravimétrico o volumétrico (el equivalente en vapor de la cantidad de condensado obtenido a partir del secado de un volumen conocido de gas de combustión).
Secar un gas implica bajar la temperatura del mismo por debajo de su punto de rocío, para que condense todo el vapor de agua y pueda ser removido.
Ejemplo:
Se mide a la salida de un proceso el gas de combustión con un analizador portátil de gases de combustión que trabaja en base seca. El analizador muestra en pantalla un valor de O2% = 3,5%. Mediante otro método, se seca 1 m3 de ese gas de combustión (incluyendo el vapor de agua) y se determina que en ese metro cúbico había inicialmente 0,2 m3 de vapor de H2O.
Si se midiese con una sonda de O2 que trabaja en base húmeda (por ejemplo, una sonda de dióxido de circonio como la sonda lambda de los vehículos), ¿cuál sería el valor obtenido?
Respuesta:
O2 (% vol/vol) base húmeda = O2 (% vol/vol) base seca * [ 100% - H2O% (v/v base húmeda)]
por otro lado,
H2O% base húmeda = 100 * 0,2 m3 de H2O / 1 m3 de gas húmedo = 20% v/v base húmeda
Entonces
O2 (% vol/vol) base húmeda = 3,5% * [ 100% - 20%] = 2,8%
Un valor de 3,5% en base seca equivale a un 2,8% en base húmeda considerando que el contenido de vapor de agua del gas es del 20%.
Conversión de ppm a concentración masa/volumen:
Una especificación en [ppm] se puede convertir a la unidad de concentración en masa/volumen [mg/Nm3] (miligramos sobre metro cúbico normalizado) correspondiente, usando la densidad normal del gas en cuestión como factor para las fórmulas mostradas a continuación. La "dilución" de los gases de combustión por el aire (del exceso de aire y donde sea necesario por aportes de aire adicionales o por las posibles fugas en la instalación), de la cual la concentración de oxígeno es una medida, también se debe tener en cuenta. Por consiguiente, las lecturas deben ser convertidas, en general, a una determinada concentración de oxígeno (llamada "O2 de referencia"). Por esta razón, los valores de referencia de oxígeno correspondientes también se especifican siempre en los requisitos oficiales junto con los contaminantes.
Además, la concentración real de oxígeno medida, que es una medida de la dilución real, también es necesaria para la conversión (O2 en el denominador de la fórmula).
Fórmulas de conversión para los gases CO, NOx y SO2:
Nota sobre las fórmulas de conversión:
El factor numérico (1,25 etc.) usado en las fórmulas corresponde a la densidad normal del gas respectivo en Kg/m3. Se debe tener en cuenta lo siguiente:
Si la conversión se ha de realizar sin referencia al contenido de oxígeno, la fórmula se simplifica omitiendo el cociente, quedando para el CO:
CO[mg/m³] = CO[ppm] x 1,25 [Kg/m³]
Esto aplica igualmente a los demás gases.
Conversión de ppm a unidades relacionadas con la energía
Para representar la concentración de contaminantes en las dos unidades relacionadas con la energía, g/GJ y mg/kWh (1 kWh = 3,6 MJ), se requieren conversiones usando factores específicos del combustible (FF); consultar las fórmulas que siguen y la tabla para el factor FF.
Fórmula para la conversión de ppm a g/GJ:
Teniendo en cuenta que 1kWh =3,6 MJ, entonces
1 g/GJ = 1000 mg / 1000MJ = 1000 mg/ (3,6x1000MJ) = 3,6 mg/kWh
1 g/GJ=3,6 mg/kWh, por lo tanto, multiplicamos cada una de las fórmulas anteriores por un factor de 3,6.
Los gases de combustión con un 8% humedad, por ejemplo, tienen un punto de rocío de alrededor de 40°C, lo que significa que se forma condensado por debajo de esta temperatura.
Esto tiene dos consecuencias importantes para la instalación en su conjunto así como para la tecnología de medición:
Consecuencia 1:
Si los gases de combustión contienen óxidos de azufre, estos se unen con el vapor de agua condensante a temperaturas inferiores a 40 °C (en las tuberías sin calentar, por ejemplo) para formar ácido sulfuroso (H2SO3) o ácido sulfúrico (H2SO4) que son, ambos, productos altamente corrosivos y pueden provocar considerables daños en aquellas partes de la instalación con las que entren en contacto. Por esta razón, la temperatura de los gases de combustión en la instalación se mantiene por encima del punto de rocío (es decir, superior a 40°C en el caso del ejemplo anterior) hasta que los gases de combustión llegan al lavador. Lo mismo aplica a aquellas partes de los instrumentos de medición a través de los cuales fluyen los gases de combustión y sobre todo a las piezas del dispositivo de muestreo, tales como sondas y mangueras. Por esta razón, se utilizan sondas y tuberías de medición del gas calentadas y su temperatura se mantiene por encima del punto de rocío del gas. ¡No hacerlo dará lugar al deterioro de los instrumentos de medición y a mediciones incorrectas!
Consecuencia 2:
Otra alternativa para evitar la formación de condensado es ofrecida por el método recientemente desarrollado y patentado por testo que consiste en una elevada velocidad de flujo del gas combinada con una superficie con un revestimiento especial en las tuberías de medición del gas. El resultado es que ya no es necesario calentar las tuberías, lo cual tiene mucha importancia en los dispositivos portátiles, a la vista de la reducción del consumo de potencia resultante. El vapor de agua está ausente de los gases de combustión gases enfriados en mayor o menor medida, dependiendo de la temperatura a la que se enfríe el gas, con el resultado de que los demás componentes del gas, tales como el CO, que no han cambiado cuantitativamente, forman una parte relativamente elevada de los gases de combustión; ¡las lecturas correspondientes son, pues, más altas que en los gases de combustión húmedos! Para lecturas comparables, el gas a medir respectivo debe, por consiguiente, tener las mismas temperaturas y por consiguiente el mismo contenido de humedad.
En consecuencia, los enfriadores del gas a medir (también podrían llamarse secadores del gas a medir) se usan en el análisis de gases antes del analizador; estos llevan el gas a una temperatura definida y por consiguiente un nivel definido de secado y lo mantienen allí.
Nota
Los dispositivos Testo utilizan lo que se conoce como un refrigerante Peltier para enfriar el gas a medir. Este funciona basándose en el principio de que las uniones entre dos tipos de metales diferentes se calientan o enfrían a medida que el gas fluye a su través, dependiendo del sentido del flujo.
Procesos para limpiar los gases de combustión:
Las emisiones de los contaminantes del aire contenidos en los gases de combustión se pueden reducir considerablemente tomando las medidas apropiadas o instalando las piezas necesarias en la instalación:
¡El análisis del gas para controlar y optimizar las mediciones, juega un papel vital en estos procesos
Las instalaciones para desempolvar flujos de gas (separador de polvos) trabajan basándose en diferentes principios:
Separación mediante la fuerza centrífuga o la fuerza de gravedad
En este caso, las partículas se desvían por la fuerza de la gravedad o por medio de fuerzas centrífugas en aquellas zonas del separador que están fuera de la corriente de gases de combustión. Ejemplos particularmente bien conocidos de este tipo de separación son los separadores basados en la fuerza centrífuga conocidos como ciclones, en los que las partículas adquieren un momento de inercia mediante una abertura de entrada de gas de diseño especial, que transporta las partículas a una cámara de separación. Desde allí entran en un recipiente colector del polvo.
Separación por medio de fuerzas eléctricas en precipitadores electrostáticos
Los precipitadores electrostáticos utilizan el efecto dinámico de un campo eléctrico sobre las partículas cargadas para separar el polvo.
Las partículas de polvo se cargan primero añadiendo iones negativos y luego, como consecuencia de esta carga, son conducidas a un electrodo colector en el campo eléctrico.
Allí se deposita el polvo como una capa; la capa se suelta (se limpia) golpeando el electrodo y el polvo se transporta a un depósito.
Los precipitadores electrostáticos se usan fundamentalmente para limpiar volúmenes muy grandes de gas en centrales eléctricas, acerías, fábricas metalúrgicas o cementeras, por ejemplo.
Separación por medio de adherencia a filtros fibrosos, por ejemplo
En esta forma, la separación de las partículas tiene lugar en el interior o en la superficie de determinados medios filtrantes (membranas, telas, fieltros) a través de los cuales fluye el gas.
Los más corrientes son los filtros de bolsas o mangas hechos de fibras.
Los filtros en profundidad incluyen, particularmente, los filtros de lecho, en los que tiene lugar la separación sobre la superficie del fieltro, a través del cual el gas fluye como una capa.
Separación mediante formación de gotas en torres de pulverización, por ejemplo
Aquí las partículas se unen con un líquido de lavado añadido al flujo de gas y se separan conjuntamente con este líquido.
El inconveniente de este proceso es que produce un líquido de lavado contaminado.
Info:
Con los precipitadores electrostáticos existe el riesgo básico de una explosión debido a la formación de una mezcla de gas explosiva dentro del campo eléctrico. Para una protección eficaz, se debe controlar el perfil de la concentración de CO antes del filtro.
Para reducir los óxidos de nitrógeno en los gases de combustión (o más exactamente para eliminar los óxidos de nitrógeno NO y NO2) se usan medidas primarias y/o, alternativamente, medidas secundarias.
Combustión en lecho fluido
En las calderas de lecho fluidizado el combustible de grano fino se transporta a la cámara de combustión encima de un suelo provisto de toberas. El aire de combustión fluye a través de las toberas desde abajo, haciendo que las partículas del combustible formen un lecho fluidizado. Las partículas sin quemar o totalmente quemadas se devuelven a la cámara de combustión desde la corriente de gases de combustión por medio de las medidas apropiadas, y se crea un lecho fluidizado circulante.
El proceso de lecho fluidizado ofrece significativas ventajas:
las partículas del combustible entran en un contacto muy íntimo con el oxígeno del aire de combustión y la combustión es, por consiguiente, casi completa. La temperatura de la combustión es alrededor de 900°C, lo que significa que hay una producción mínima de óxidos de nitrógeno térmicos; añadiendo cal al combustible, el combustible se puede desulfurizar ya durante la combustión.
Suministro de aire escalonado
Un suministro de aire escalonado es una medida primaria extraordinariamente eficaz, ya que reduce la formación del NO en el combustible y del NO térmico.
Esto reduce directamente el suministro de aire en el quemador (aire primario), el coeficiente de exceso de aire es por consiguiente <1, aumenta la formación de CO, el contenido de NOx permanece bajo y se reduce más por la formación de moléculas de N2 estables.
Luego se añade más aire de combustión (aire de incineración) sobre el quemador en una etapa posterior y garantiza que la combustión continúe.
Esto reduce significativamente el CO y se forma muy poco NO adicional, ya que el nitrógeno está ya presente como moléculas de N2 estables.
Quemadores de NOx bajo
De forma similar al suministro de aire escalonado en la cámara de combustión, estos quemadores funcionan con un suministro de aire distribuido en varios lugares del quemador y con una recirculación de aire interna.
Esto garantiza la combustión completa con formación reducida de óxidos de nitrógeno.
Proceso de desulfuración
De los muchos procesos para desulfurizar los gases de combustión, el lavado en húmedo con cal / piedra caliza (proceso secundario) se ha establecido como el principal favorito.
En una torre de lavado, los gases de combustión se pulverizan con una suspensión de lavado (piedra caliza finamente molida en agua), a consecuencia de lo cual la mayoría del anhídrido sulfuroso (SO2) se liga por medio de una reacción química.
El SO2 gaseoso se convierte inicialmente en una solución antes de combinarse como sulfato cálcico dihidratado (yeso).
Al menos parte de las grandes cantidades de yeso así generadas se reutilizan como material de construcción.
En la jerga técnica, la abreviatura FGD (desulfuración de gases de combustión) también se usa para instalaciones de esta clase.
Incineración térmica
En la incineración térmica, también conocida como limpieza térmica de los gases de combustión, los contaminantes del aire inflamables contenidos en los gases de combustión se queman con oxígeno en el aire a temperaturas entre 700°C y 900°C.
Esto produce CO y agua, pero, dependiendo de los contaminantes, también SO2, HCl y otros.
La incineración térmica es distinta de la combustión con llama, que trabaja a 1300°C, y de la combustión catalítica, que funciona a 250-500°C.
Las calderas de incineración térmica requieren, en general, una gran cantidad de energía (calderas suplementarias) y por consiguiente solamente se usan donde otras calderas no ofrecen el rendimiento suficiente o donde necesitan ser destruidos determinados constituyentes.
Muestreo extractivo
En la mayoría de los procesos de análisis de gases, el gas a medir se extrae del gas de proceso como una cantidad parcial que es lo más representativa posible (de aquí el nombre de proceso extractivo, a diferencia de los procesos in situ), se acondiciona y se introduce al analizador. El acondicionamiento (también denominado preparación de la muestra), consiste en limpiar el gas usando un filtro y, sobre todo, enfriando y por consiguiente secando el gas a un valor constante definido. Las ventajas de este método de medición son:
Los dispositivos para extraer y preparar el gas o están diseñados como unidades aparte o están combinados en una o más unidades compactas.
En términos sencillos, las funciones son:
Extracción y preparación de la muestra:
La sensibilidad cruzada de un sistema de detección es el resultado de no tener un rango infinito de resolución específica.
El sistema de detección es, por consiguiente, sensible con frecuencia no solo al componente que se está midiendo, y es de interés, sino, también en cierta medida, a otros componentes (componentes accesorios) en el gas a medir.
Los cambios en las concentraciones de estos componentes accesorios tienen un efecto sobre el valor medido del componente que realmente se mide, que se debe corregir en el dispositivo o retrospectivamente.
A este fin, también se deben medir los componentes accesorios. La sensibilidad cruzada se expresa en la forma del efecto (aumento o reducción) que tiene un componente accesorio del gas a medir sobre el valor del componente que se mide.
La magnitud de la sensibilidad cruzada depende del tipo de sistema de detección (¡por consiguiente es específico del dispositivo!) y de las concentraciones de los componentes accesorios.
Otras notas referentes a los efectos de los componentes accesorios:
Elevadas concentraciones de hidrocarburos no saturados pueden dar lugar a una deriva del cero y a una intensidad de respuesta reducida y, particularmente, en las células de medición de CO y NO.
Elevadas concentraciones de gases agresivos, tales como HCN, HCl o fluoruros, pueden atacar los trayectos del gas o la carcasa de la célula.
Contenido de humedad del gas:
El contenido de humedad del gas es una variable muy crítica en el análisis de gases por dos motivos:
Soluciones:
En general, impedir la formación de condensación en las piezas o en todo el equipo de medición usando un sistema de calentamiento en toda la instalación.
Sensibilidades cruzadas de BAL testo350:
Calibración
En la tecnología de medición la calibración se entiende que hace referencia al proceso de establecer y registrar el error de medición al que está sujeto el dispositivo terminado, preparado para funcionar. En el caso de la visualización de los instrumentos de medición, la discrepancia entre lo visualizado y el valor correcto del parámetro, o el valor que se supone que es correcto, se determina y registra usando factores o funciones. A diferencia del ajuste, el instrumento de medición no se modifica de ninguna forma durante la calibración.
La calibración es un elemento fundamental del aseguramiento de calidad en el control de las emisiones. Para la calibración se usan materiales de referencia cuya composición es conocida y con mucha exactitud. Para el análisis de gases, estos materiales de referencia son los gases de calibración (también conocidos como gases patrón).
Ajuste:
En la tecnología de medición ajuste se entiende que hace referencia al proceso de ajustar un instrumento de medición para que el error de medición sea el menor posible.
Este proceso implica una alteración del instrumento.
Calibración oficial:
Calibración Acreditada ENAC
Este tipo de calibraciones sólo puede llevarlas a cabo un laboratorio de de calibración Acreditado. Las acreditaciones a nivel nacional las realiza ENAC (Entidad Nacional de Acreditación). Otras entidades acreditadas en otros paises -DKD en Alemania, COFRAC en Francia, UKAS en Reino Unido, etc - y firmantes del acuerdo de reconocimiento mutuo (MLA) de certificados de calibración se reconocen mutuamente.
La diferencia principal entre un laboratorio que emite certificados trazables y certificados acreditados es que el laboratorio acreditados debe demostrar su capacidad técnica ante un auditor de la entidad de Acreditación.
Gas de prueba:
Un gas cuya composición se conoce con mucha precisión y se demuestra con certificados. Los gases de pruebas se utilizan para calibrar el analizador de gas.
Gas de prueba cero:
Gas de prueba usado para ajustar el punto cero de un analizador de gas. No debe contener el componente a medir (gas de proceso sin el componente a medir o nitrógeno, por ejemplo).
Gas accesorio:
Gas a medir sin el componente a medir.
Análisis de proceso
El análisis de proceso, a diferencia del análisis de laboratorio, hace referencia a los procesos de medición, normalmente continuos, que se utilizan para determinar las condiciones físicas o químicas o las concentraciones de componentes químicos en medios de proceso, in situ, en una instalación.
El análisis de proceso se usa con mayor frecuencia en las instalaciones industriales de productos químicos, petroquímicos, producción de energía, metales y minerales, materias primas alimenticias y alimentos de lujo, papel y pulpa, piedra y arcilla, sino, también, en la construcción de motores y en investigación y desarrollo, por ejemplo. En el caso de medios de proceso gaseosos (gases de combustión, gases de proceso, gases de escape, así como aire), se hace referencia al análisis de gases de proceso.
Por toda la instalación están distribuidos puntos de medición con el muestreo y los instrumentos de medición (analizadores de gases) en continuo (en la caldera, chimenea, horno de cemento, antes del precipitador electrostático, en una torre de destilación, etc.) en condiciones operativas extremadamente duras, en algunos casos. A la vista de esto, las diferencias con el análisis de laboratorio, donde se toman muestras discretas de un proceso y se examinan en un laboratorio en condiciones de laboratorio controladas y estables quedan claras.
El resultado de las mediciones se usa:
Analizadores:
El elemento central de cualquier analizador son sensores o sistemas de sensores específicos de la sustancia. Su funcionamiento está basado en principios físicos o químicos tales como la absorción, adsorción, transmisión, ionización, oxidación catalítica o propiedades paramagnéticas o electroquímicas. Los sensores reaccionan a un cambio en el parámetro con un cambio correspondiente en su propiedad (ej., aumento de la absorción de la luz o reducción de la conductividad), a partir de lo cual se puede obtener una señal de medición.
Por lo que respecta al diseño, se pueden clasificar en:
Gracias a los últimos avances se dispone de dispositivos que combinan movilidad y medición estacionaria a largo plazo.
Un ejemplo de esto es el analizador testo 360, que es fácilmente transportable aunque adecuado y está aprobado para mediciones a largo plazo durante varias semanas.
Sensores, formalmente, hace referencia a todos los tipos de dispositivos que proporcionan información acerca de una variable física o química.
Un sensor está compuesto por el sensor de medida real (también llamado el elemento sensor) y un transmisor. El sensor de medición debe tener una propiedad, ej., la conductividad, que también varíe con la variación de la variable a medir, tal como una temperatura. Esta "reacción" del sensor de medición se convierte luego en una señal de medición eléctrica por el transmisor (normalmente un amplificador).
Los principales grupos de sensores son:
El término sensor se usa con frecuencia de forma coloquial en la tecnología de análisis, solamente para aquellos sensores de medición que tienen unas dimensiones especialmente pequeñas, mientras que los sensores grandes se describen como un "analizador". Algunos de los sensores que se usan con frecuencia para determinar componentes de los gases se muestran en la tabla que sigue.
Sensores usados frecuentemente:
Dispositivos transportables:
Los requisitos de los analizadores transportables en la industria de proceso representan un reto particular para los fabricantes de equipos. En el duro ambiente de medición, la precisión necesaria y la fiabilidad de los valores de medición exigidos, junto con las dimensiones pequeñas y el poco peso del equipo, componen un perfil de requisitos que, hasta hace pocos años, no se podían cumplir. El desarrollo de los analizadores testo 350 y testo 360 ha marcado nuevos hitos que han recibido el aval con la emisión de las aprobaciones oficiales de estos dispositivos.
Los dispositivos testo 350 y 360 son dispositivos móviles que miden de forma extractiva y, debido a sus propiedades especiales (enfriador del gas a medir, calibración automática y otras), también se pueden usar en aplicaciones estacionarias durante un período de tiempo determinado. Por consiguiente abren nuevos campos de aplicación y ofrecen al usuario una solución muy rentable para diversas tareas. Idealmente, los sensores electroquímicos de gases, que son muy apropiados para dispositivos móviles debido a su poco peso, necesidades de espacio y consumo de energía, se usan como sensores. Sin embargo, su principio de funcionamiento requiere un considerable nivel de experiencia para garantizar la precisión, fiabilidad, duración y funcionalidad mediante el diseño del entorno correcto del sensor.
Principios de medición para verificar gases (selección):
Se utilizan diversos principios de medición para verificar los diferentes gases en mezclas de gas. La tabla que sigue aparece un resumen de los mismos junto con la referencia a los principios adoptados por Testo.
Componentes a medir y principios de medición apropiados para verificarlos:
Los sensores electroquímicos adecuados para determinar el contenido de oxígeno y los constituyentes nocivos del gas tales como CO, SO2 o NOx, funcionan basándose en el principio de la valoración potenciométrica sensible a los iones.
Los sensores están rellenos con un electrolito acuoso, específico para la tarea, en el que están dispuestos dos o tres electrodos, igualmente combinados específicamente, entre los que hay un campo eléctrico. Los sensores están sellados del exterior mediante membranas permeables al gas.
El diseño específico y el funcionamiento de los sensores difieren según el componente del gas a medir, como se muestra usando dos ejemplos.
Ejemplo 1: Sensor de oxígeno (sensor de dos electrodos)
Los gases de combustión y las moléculas de oxígeno contenidas en ellos penetran a través de la membrana permeable al gas hasta el cátodo. Debido a su composición material, tiene lugar una reacción química en el cátodo con la formación de iones OH (los iones son partículas cargadas). Estos iones migran al ánodo a través del electrolito, creando un flujo de corriente proporcional a la concentración de O2. La caída de tensión desarrollada en una resistencia situada en el circuito sirve luego como señal de medición que se utiliza para el procesado electrónico posterior.
La resistencia incorporada con coeficiente de temperatura negativo (NTC), se usa para compensar los efectos de la temperatura, garantizando así que el sensor permanezca estable frente a los cambios de temperatura. La duración de un sensor de oxígeno de este tipo es de unos 3 años.
Ecuaciones de reacción del sensor de oxígeno:
En el cátodo: O2 + 2H2O + 4e- ------> 4OH-
En el ánodo: 2Pb + 4OH- ------> 2PbO + 2H2O + 4e-
Balance: 2Pb + O2 ------> 2PbO
Sensor de oxígeno (esquema)
Ejemplo 2: Sensores para CO, SO2 y NOx (sensor de tres electrodos)
Para componentes del gas tales como CO, SO2 o NOx, se usan sensores con tres electrodos.
El funcionamiento se explica basándonos en un sensor de CO; cómo se aplica esto a los otros componentes se puede ver a partir de las ecuaciones de reacción.
Las moléculas de monóxido de carbono (CO) pasan, a través de la membrana permeable al gas, al electrodo de trabajo donde se forman iones H+ como consecuencia de una reacción química. Estos migran en el campo eléctrico al contraelectrodo, donde se genera un flujo de corriente en el circuito externo mediante otra reacción química desencadenada por el oxígeno (O2) del aire puro, también aportado. El tercer electrodo (electrodo de referencia) sirve para estabilizar la señal del sensor. La duración operativa de este tipo de sensor es de unos 2 años.
La duración de este tipo de sensor es alrededor de 2 años.
Ecuaciones de reacción para el CO
Ánodo: CO + H2O --------> CO2 + 2H+ + 2e-
Cátodo: 1/2 O2 + 2H+ + 2e- --------> H2O
Otras ecuaciones de reacción
SO2 + 2H2O ------> H2SO4 + 2H+ + 2e
NO + 2H2O ------> HNO3 + 3H+ + 3e-
NO2 + 2H+ + 2e- ----> NO + H2O
Sensor para CO y otros gases (esquema)
La radiación infrarroja es absorbida por gases tales como el CO, CO2, SO2 o NO, con una longitud de onda típica de cada componente (rango de longitud de onda de unas pocas µm). La atenuación de un determinado rango de radiación infrarroja a medida que un volumen de gas pasa a su través es, por consiguiente, una medida de las concentraciones del componente gaseoso en el gas a medir que ha pasado a su través. Hay dos métodos para incidir en solo un componente:
En el método dispersivo la radiación se descompone espectralmente mediante prismas o redes de difracción antes de que el volumen de gas pase a su través, después de lo cual solamente la radiación con la longitud de onda típica del componente que se está midiendo y es de interés, atraviesa el volumen del gas (cámara de medición). Este principio se usa en particular en los dispositivos de laboratorio.
En el método no dispersivo (método NDIR) se prescinde de la descomposición espectral descrita anteriormente, y una radiación de banda ancha, modulada con una rueda obturadora en todo el recorrido donde sea necesario, pasa a través de la cámara de medición.
Hay pues dos métodos para verificar la absorción:
>> O el propio componente a medir se usa en forma de un detector lleno con el mismo, de tal forma que el detector está lleno con el componente a medir y se mide la radiación residual aún presente después de que ha pasado a través de la cámara de medición, donde sea pertinente, comparando con la radiación sin atenuar. Las fluctuaciones de presión que se producen (debidas a las fluctuaciones en el calentamiento del volumen del gas como consecuencia de la absorción) se registran mediante un condensador de membrana o un sensor de microflujo y se convierten en una señal eléctrica.
>> O, alternativamente, la radiación pasa a través de la sección de absorción y luego se contrae al rango de longitud de onda requerido para el CO2; por ejemplo, se verifica por medio de un filtro de interferencia usando un detector de radiación IR. A medida que aumenta la concentración del gas, se absorbe más radiación y la señal del detector se reduce en consonancia.
Sensor NDIR (diseño compacto) para medir CO2:
Los analizadores de conductor térmico (detectores de conductividad térmica estándar) utilizan la diferente conductividad térmica de los gases de medición y de referencia.
Un puente de hilo de medición a resistencias está rodeado en secciones por el gas a medir y por un gas de referencia con una conductividad térmica apropiada para la tarea de medición.
El diferente enfriamiento de los hilos de la resistencia produce un desequilibrio del puente, que se utiliza como el efecto a medir.
Oxidación catalítica
Este principio de medición está basado en el calor de evaporación de los constituyentes inflamables del gas a medir.
Estos se convierten catalíticamente en un cuerpo precalentado eléctricamente (alambre o pastilla) y a medida que se queman aumenta la temperatura del cuerpo, modificando su resistencia eléctrica.
El requisito para este principio de medición es un contenido de oxígeno adecuado en el gas a medir para la combustión.
El cambio de resistencia es una medida del contenido de (¡todos!) los constituyentes inflamables en el gas a medir.
En particular estos son hidrocarburos (abreviados a HC y también denominados como CxHy) pero, también, CO o H2.
Por consiguiente existen sensibilidades cruzadas entre estos componentes que deben ser tenidas en cuenta en la medición y en la evaluación de las lecturas.
Ejemplo
La lectura del hidrocarburo metano aumenta, por el CO también presente en el gas a medir, un 0,27 % en vol. por cada 1 % en vol. de CO. Para el hidrógeno, el incremento análogo es del 1,5 % en vol. por cada 1 % en vol. de H2.
Además, hay una sensibilidad cruzada al vapor de agua.
El módulo usado por Testo para medir hidrocarburos se basa en este principio.
Una corriente fluye a través de un hilo de platino, que calienta el hilo y el material catalítico aproximadamente a 500°C. Los componentes inflamables del gas a medir se queman en la superficie (en la medida que haya oxígeno suficiente para ello), elevando la temperatura del convertidor catalítico y del hilo de platino lo cual, a su vez, modifica la resistencia eléctrica del hilo y produce una señal de medición en un "circuito puente de Wheatstone".
Sensor basado en el principio de la oxidación catalítica
Se debe prestar una atención especial cuando se utilice el módulo Testo HC debido a sus sensibilidades cruzadas y al posible deterioro de su funcionamiento por sustancias presentes en el gas a medir tales como H2S, silicona o hidrocarburos sulfurados.
El manual de instrucciones del dispositivo proporciona la información pertinente.
Los compuestos orgánicos de carbono contenidos en el gas a medir se conducen al interior de una llama (normalmente hidrógeno / helio), se queman en esta llama y se ionizan en el proceso.
Los iones generados se miden como una corriente de iones que, en primera aproximación, es proporcional a los átomos de carbono orgánico involucrados en el proceso.
La diferente sensibilidad de este método por lo que respecta a los diferentes compuestos orgánicos se tiene en cuenta mediante factores de respuesta.
Sensor de electrolito sólido (1)
Un principio de medición especial, pero ampliamente utilizado, para medir oxígeno en condiciones operativas duras, utiliza un electrolito sólido de cerámica dopada con óxido de circonio, con n capas conductoras montadas en superficies enfrentadas como electrodos.
Como propiedad específica, este electrolito sódico contiene huecos de oxígeno en su red cristalina que facilitan la conductividad de los iones de oxígeno a temperaturas elevadas.
Las moléculas de oxígeno (O2) en el gas de proceso a medir se convierten en iones oxígeno cuando entran en contacto con el material del electrodo; si el electrolito está a una temperatura suficientemente elevada (>500°C), estos iones de oxígeno producen una corriente a través del electrolito.
Sensor de electrolito sólido (2)
Si la concentración de oxígeno es la misma en ambos lados, estos efectos aumentan, pero si las concentraciones son diferentes, se genera una corriente eléctrica aprovechable.
Si hay un gas de referencia con una concentración conocida de O2 en un lado, el contenido en O2 del gas a medir se puede determinar a partir de esta señal.
Los dispositivos que funcionan basándose en este principio se conocen como "sondas de óxido de circonio" o "sondas de oxígeno".
Generalmente se instalan directamente en los gases de combustión calientes (principio in situ) y por consiguiente miden el gas en sus condiciones originales, es decir, ¡con su humedad!
Sin embargo, como la humedad tiene un efecto de dilución sobre los otros componentes del gas, las lecturas de O2 de las sondas de esta clase son, en general, inferiores a las lecturas de O2 obtenidas en los mismos gases de combustión pero a temperaturas del gas inferiores, es decir, gases de combustión más secos, independientemente del método de medción utilizado.
Info:
Las lecturas de oxígeno de las sondas de circonio son, en general, inferiores a los valores obtenidos en el mismo gas mediante otros métodos, ¡pero ambos conjuntos de lecturas son válidos! La diferencia es atribuible a los diferentes grados de de dilución (temperaturas) del gas durante la medición; donde los valores se basen en las mismas temperaturas del gas (es decir, los mismos grados de dilución) ¡serán idénticas!
Testo utiliza este efecto en algunos de sus analizadores para medir la humedad en los gases de combustión usando el siguiente procedimiento:
El contenido de humedad original de los gases de combustión se puede calcular a partir de la diferencia entre las dos lecturas y la temperatura del enfriador.
Hay 3 métodos para medir gases de combustión
CTM 034
Este método de medida era publicar en 2005 de la Agencia de Protección del Medio Ambiente de Estados Unidos. CTM significa “Conditional Test Methods” porque la Agencia define métodos de ensayo que describen el uso de equipos de determinada tecnología para ciertas tareas de medición.
La Agencia de Protección del Medio Ambiente de Estados Unidos (comúnmente conocida como EPA por sus siglas en inglés, algunas veces USEPA) es una agencia del gobierno federal de Estados Unidos encargada de proteger la salud humana y proteger el medio ambiente: aire, agua y suelo.
Aplicabilidad
Este método es aplicable a la determinación de concentraciones de óxidos de nitrógeno (NO y NO2), monóxido de carbono (CO) y oxígeno (O2) en emisiones controladas y no controladas originadas en combustiones de combustibles como gas natural, propano, butano y petróleos. Este método está designado para proporcionar un alto grado de seguridad en el cumplimiento de normativas mediante la monitorización o comprobación periódicas. Este método no es adecuado para aquellos casos en los que se necesita un método de comprobación de referencia EPA. Además, debido a la sensibilidad cruzada inherente a los sensores electroquímicos, este método no se debería aplicar a otros contaminantes o fuentes de emisiones sin una investigación exhaustiva previa sobre posibles interferencias analíticas y una evaluación comparativa con otros métodos de comprobación EPA.
Principio
Se extrae una muestra de gas de la chimenea mediante un analizador de PdC portátil para la determinación de concentraciones de NO, NO2, CO y O2. Se deben conocer con exactitud las especificaciones técnicas y el manejo del analizador así como los procedimientos de comprobación para obtener datos fiables. Para cumplir con las especificaciones según los métodos de comprobación puede que se deban usar accesorios o se deba modificar la configuración del analizador (mangueras calentadas, termopares, anemómetros, etc.). No se pemite cambiar la configuración del analizador para que difiera de una verificación previa.
Análisis de los contaminantes presentes en muestras de emisiones gaseosas
ASTM D-6522
Este método de medida era publicar en la “Annual Book of ASTM Standards” de la “American Section of International Association for Testing Materials”. ASTM o ASTM International es un organismo de normalización de los Estados Unidos de América.
ASTM International establece más de 14,000 normativas, documentos de especificaciones, métodos de comprobación, clasificaciones, procedimientos y directrices que describen las características de materiales, sistemas, productos y servicios. La ASTM está entre los mayores contribuyentes técnicos del ISO, y mantiene un sólido liderazgo en la definición de los materiales y métodos de prueba en casi todas las industrias, con un casi monopolio en las industrias petrolera y petroquímica.
Principios y aplicabilidad
ASTM D-6522
Método de comprobación estándar para la determinación de concentraciones de Óxidos de Nitrógeno, Monóxido de Carbono y Oxígeno en emisiones de motores de explosión de gas natural, turbinas de combustión, calderas y quemadores de procesos mediante analizadores portátiles.
Este método de comprobación abarca la determinación de las concentraciones de óxidos de nitrógeno (NO y NO2), monóxido de carbono (CO), y oxígeno (O2) en emisiones controladas y no controladas en motores de explosión de gas natural, turbinas de combustión, calderas y quemadores de procesos. Debido a la sensibilidad cruzada inherente a los sensores electroquímicos, este método de comprobación no es adecuado para otros contaminantes o fuentes de emisiones sin una investigación completa de posibles interferencias analíticas y una evaluación comparativa con métodos de comprobación EPA.
Los procedimientos y especificaciones de este método se desarrollaron durante los test en laboratorio y en campo originados por el Gas Research Institute (GRI).² Los test comparativos de emisiones solo se llevaron a cabo en fuentes de combustión con gas natural.
En el caso de los gases de combustión se aceptarán las mediciones según la norma ASTM D-6522, siempre que las instalaciones no se encuentren afectadas por el RD 653/2003 y el RD 430/2004.
Medidas relativas a la prevención de la contaminación atmosférica
Con respecto a la prevención de la contaminación atmosférica, los límites de emisión se han fijado de acuerdo con la legislación aplicable y los documentos de referencia europeos en relación con las mejores técnicas disponibles. Se fijan los límites de emisión siguientes.
Medidas relativas
Métodos de referencia
Oxígeno - EN 14789
Se envía una muestra fresca y seca a un analizador paramagnético mediante un Analizador de PdC Horiba, método rápido y eficaz para medir niveles de oxígeno, y validado para muestreos de 30 minutos en el rango de 5 a 26%. Los resultados en O2 se ajustan al oxígeno de referencia y se muestran como mg/Nm3.
Monóxido de Carbono – EN 15058
Se envía una muestra fresca y seca a un analizador por medición directa de infrarrojos (NDIR) no dispersivo mediante un Analizador de PdC Horiba. Los resultados en CO se ajustan a la referencia y se muestran como mg/Nm3.
Este método se ha validado para concentraciones de CO en muestreos de 30 minutos en el rango de 0 mg/Nm3 a 400 mg/Nm3 para grandes plantas de combustión de 0 a 740 mg/Nm3 de incineración y residuos.
Óxidos de nitrógeno – EN 14792
Este método se realiza mediante quimiluminiscencia usando un Analizador de PdC Horiba. La columna de gas se enfría y se seca antes de que pase por el analizador. Los resultados en NOx se ajustan al oxígeno de referencia y se muestran como mg/Nm3.
Este método se usa tanto para rangos altos como bajos de concentraciones de NOx, calibrado mediante gases patrón UKAS trazables de referencia.
Dióxido de sulfuro – EN 14791
Se toma una muestra representativa mediante un sistema impinger mezclada con una solución diluida de peróxido de hidrógeno. Tras el muestreo, la solución impinger se analiza por cromatografía de iones para sulfato (SO4) y se ajusta al dióxido de sulfuro (SO2).
REAL DECRETO 430/2004,
De 12 de marzo, por el que se establecen nuevas normas sobre limitación de emisiones a la atmósfera de determinados agentes contaminantes procedentes de grandes instalaciones de combustión.
Esto Real Decreto se aplicará a las instalaciones de combustión cuya potencia térmica nominal sea igual o superior a 50 MW, cualquiera que sea el tipo de combustible que utilicen (sólido, líquido o gaseoso).
El tipo de medición es el siguiente:
Medición individual:
Antes de las mediciones individuales, se debe efectuar una medición inicial por Organismos de Control Autorizadas (OCA's) después de la construcción de una nueva instalación o de una modificación de importancia a una instalación existente. Esta medición inicial puede ser considerada como una aceptación de la instalación y se realiza antes de 3-12 meses desde la puesta en servicio. Las mediciones individuales se realizan posteriormente cada 3 años después de aquella. Las concentraciones de los gases nocivos sujetos a medición se determinan como valor medio a lo largo de un período de medición de media hora y se comprueba el cumplimiento de los valores límite.
Antes de la medición, el operador de la instalación debe ajustar la instalación de combustión a los valores óptimos de funcionamiento.
Medición continua:
Durante el funcionamiento diario de la instalación, cada media hora se calcula un "valor medio de media hora" a partir de los datos de medición registrados. Luego se calculan los "valores medios diarios" a partir de estos valores, se memorizan y se evalúan estadísticamente; no se deben superar los valores límite especificados para la instalación.
Analizadores para el control de las emisiones:
Los métodos de análisis usados para controlar las emisiones, actúan basándose en los mismos principios físicos o químicos usados en otros campos del análisis de gases. Sin embargo, los requisitos para los dispositivos son particularmente específicos aquí y los dispositivos deben demostrar el cumplimiento de las especificaciones en una prueba de cualificación.
El número de componentes contenidos en los gases de combustión requiere que los métodos y dispositivos sean suficientemente selectivos y que las sensibilidades cruzadas sean mínimas y de valor conocido. Los métodos de medición deben ser fiables y reproducibles y permitir la calibración. Además, se requiere una alta disponibilidad y una gran ausencia de tareas de mantenimiento.
Las tareas de medición también plantean requisitos particulares para el muestreo debido a la elevada temperatura de los gases de combustión, la elevada humedad y el contenido de polvo así como a los constituyentes agresivos de los gases de combustión. Además, cuando se toman muestras, se debe garantizar que las muestras sean representativas de la instalación, lo cual para las instalaciones con fuertes variaciones temporales y/o espaciales en los contaminantes, necesitará mediciones centrales o puntos de medición distribuidos individualmente, por ejemplo.
Prueba de cualificación para instrumentos de medición:
En determinadas aplicaciones solamente se pueden usar instrumentos de medición que hayan demostrado satisfactoriamente su cualificación para vigilar el control de la contaminación del aire.
La finalidad de este principio es garantizar la calidad y equivalencia de las mediciones y una práctica uniforme para supervisar las instalaciones. La prueba de cualificación se realiza según las recomendaciones prescritas (requisitos mínimos); se completa por medio de ensayos de laboratorio y una prueba de campo por unas pocas entidades de ensayo especialmente aprobadas. La demostración de una prueba de cualificación realizada satisfactoriamente se facilita mediante el correspondiente certificado o por medio de la publicación del resultado por el ministerio responsable en el que se denomina como el diario ministerial.
El analizador testo 360 ha pasado la prueba de cualificación para O2, CO, NO, NO2 y SO2 para las tareas de medición definidas en las normas CTM-034, ASTM D-6522 y los métodos de referencia EN 14789, EN 15058, EN 14792 y EN 14791.
La base para el control de las emisiones en los EE.UU. es la Clean Air Act (Ley de Limpieza del Aire) y los suplementos a la misma (Clean Air Act Ammendments (Enmiendas a la Ley de Limpieza del Aire), CAAA) publicadas en 1991. La CAAA es una ley federal. Con referencia a esta ley, la EPA (Agencia de Protección del Medio Ambiente) aprobó una reglamentación marco para reducir y controlar las emisiones. En particular, esto marcó un desplazamiento desde controlar fuentes de emisiones extremadamente grandes a controlar pequeñas fuentes (títulos 5 y 7).
Clasificación:
La CAAA divide las fuentes de emisiones en 7 secciones (títulos) con arreglo a su tamaño, de las que tres son especialmente importantes para el uso de los dispositivos testo:
Una fuente emisora se evalúa con arreglo a diversos criterios, ej., según la potencia calorífica o basándose en su potencial para emitir cantidades determinadas de contaminantes específicos, ej., 100 t NOx/año. Otras clasificaciones tratan de los valores límite permitidos para determinados tipos de instalaciones (partes) y las normas / recomendaciones para los instrumentos de medición (métodos).
Consecuencias:
El desplazamiento hacia instalaciones más pequeñas también tiene consecuencias para la tecnología de medición.
Los sistemas de medición continua en las instalaciones (CEMs - control de emisiones continuo) han sido y siguen siendo prescritos para controlar grandes emisarios; estos implican una inversión de varios cientos de miles de dólares con costes de mantenimiento anual de 30.000 dólares o más.
Estos costes son prohibitivos para los emisarios más pequeños, por lo que la EPA ya ha abierto el camino para otros equipos de medición más pequeños. ¡Esto también incluye el testo 360!
Reparto de la responsabilidad:
En los EE.UU., hay un reparto de la responsabilidad entre las autoridades federales y las autoridades de cada estado.
El título 4 está generalmente bajo la responsabilidad del gobierno federal, el título 7 bajo la responsabilidad de los estados; con el título 5 se concede a los estados responsabilidad si pueden proporcionar evidencia de actividades apropiadas para la puesta en marcha.
Para ejercer su responsabilidad, hay autoridades (Departamentos de Calidad Ambiental, DEQ) en cada estado que están facultados para introducir la norma establecida por la EPA o imponer una reglamentación más estricta.
La DEQ en California (Se llama el South Coast Air Quality Management District, SCAQMD) da empleo a 2400 personas y ha introducido varios reglamentos y métodos de medición específicos, tales como permitir el uso de dispositivos móviles para medir los NOx, por ejemplo.
Procedimiento:
Se definió un procedimiento especial para los emisarios menores de acuerdo con el título 7.
Las alrededor de 34.000 instalaciones afectadas han de ser evaluadas basándose en la reglamentación relativamente relajada (control de aseguramiento del cumplimiento, CAM) por las autoridades de cada estado a su discreción para establecer la necesidad de medidas.
¡Los métodos de medición ni están especificados ni están expresamente prohibidos aquí! Esto ha abierto un campo para nuevos procesos y dispositivos.
EPA:
La EPA no inspecciona ni certifica equipos.
Un ejemplo de ello es el método para medir determinados componentes del gas con sensores electroquímicos: en mayo de 2006 la EPA actualizó todos los métodos de ensayo instrumentales.
La EPA permite ahora todas las tecnologías de medición posibles para el O2, CO y NOx. La tecnología electroquímica no está restringida y se puede usar.
Además, el EPA CTM-030 es un método electroquímico que autoriza la medición de O2, CO y NOx.
Instrumentos Testo:
El testo 360 cumple con los métodos de ensayo 1 (para flujo de gas), 3 (para CO2 y O2), 6c (para SO2) y 7e en combinación con lo que se denomina como el método de ensayo condicional 022 (para NOx).
El testo 350 cumple los requisitos para los métodos de ensayo (TM030 y CTM 034). Además, la EPA publicó un informe de verificación:
(http://www.epa.gov/etv/verifications/vcenter1-26.html [1]).
El análisis de gases (que es la tecnología de medición usada para determinar la composición de los gases) es una herramienta indispensable para garantizar la gestión económica y segura del proceso en virtualmente todos los campos de la industria.
Está enfocado a los procesos de combustión, aunque este es un término genérico que incluye un gran número de procesos diferentes. La Figura 6 muestra la secuencia de un proceso de combustión en secciones, que empieza (a la izquierda) con el aporte del combustible y del aire de combustión a una cámara de combustión, seguido por la combustión real y los diversos procesos ejecutados en su interior, pasando por la limpieza de los gases de combustión y la comprobación de las emisiones finales.
El análisis de gases proporciona información acerca de la composición de los gases de combustión y de los gases de escape en todas las fases de esta cadena de proceso. Es por consiguiente una herramienta indispensable para la operación económica y segura de la instalación en conformidad con la reglamentación oficial y, por consiguiente, también para la calidad y eficiencia de la producción.
Los analizadores de gases de Testo se usan ampliamente para analizar gases de combustión en la industria y en ninguna forma está reducido su empleo al campo específico del control de emisiones. Se puede hacer una distinción, con un cierto solapamiento, entre las siguientes aplicaciones:
Factores particularmente esenciales en la optimización de la combustión son:
La relación óptima de combustible a cantidad de aire de combustión (coeficiente de exceso de aire λ) para una instalación dada y un combustible dado, se puede determinar a partir de las lecturas del análisis de gases usando lo que se llama el diagrama de combustión. Los perfiles de concentración de los componentes del gas CO, CO2 y O2 se muestran como función del coeficiente de exceso de aire.
La línea de combustión ideal con 0 exceso de aire (λ =1) está en el centro del gráfico, a su derecha el volumen de exceso de aire aumenta y a su izquierda aumenta el rango de insuficiencia de aire (¡falta de aire también significa insuficiencia de oxígeno!)
Los perfiles de concentración mostrados proporcionan la siguiente información:
Zona a la izquierda
Zona a la derecha
Conclusión
La combustión óptima se consigue si hay exceso de aire suficiente, y por consiguiente de oxígeno, para quemar todo el CO (rango de λ = desde 1,0 a aprox. 1,3) pero, al mismo tiempo hay un techo bajo de la cantidad de exceso de aire para que los menos gases de combustión calientes posibles, y por consiguiente de energía calorífica, se pierdan a la atmósfera como resultado de cantidades innecesariamente altas de exceso de aire.
El rango óptimo de λ para una instalación de combustión por lo que respecta a la energía (también depende de los datos específicos de la instalación) se puede determinar o midiendo el CO2 y el CO (¡el CO2 por sí solo es ambiguo ya que el perfil de su curva se extiende más allá de su límite máximo!) o midiendo solamente el O2. La última opción de medir el O2 se usa ampliamente ahora.
Dependiendo de la instalación y de su operario, los puntos de medición o de muestreo del gas pueden estar situados en varios puntos de la cámara de combustión.
Las correlaciones entre el coeficiente de exceso de aire, el exceso de aire y el contenido típico de oxígeno en los gases de combustión secos, mostrados en el gráfico se indican en cifras en la tabla que sigue para la combustión de antracita.
Correlación entre el exceso de aire y el contenido de oxígeno
Además de reducir las emisiones, la finalidad principal de optimizar la combustión haciendo funcionar una instalación con la cantidad óptima, en general la mínima posible, de exceso de aire es reducir costes ahorrando combustible.
Instalación de combustión de proceso para procesos de combustión
A diferencia de las instalaciones de combustión convencionales (instalaciones de calderas de combustión), una instalación de combustión de proceso se caracteriza por el hecho de que hay contacto directo entre la combustión o los gases de combustión calientes y un producto a tratar térmicamente y que esto desencadena una serie de fases del proceso. La fabricación de clinker de cemento es un ejemplo que servirá para ilustrar otros procesos similares:
Análisis de gases:
El análisis de gases permite evaluar dichas fases del proceso por lo que respecta al exceso de aire, corrientes de aire exterior a calcular y las partes individuales de la instalación a equilibrar por separado. Esto es importante para el calcinador (medición de CO2 y O2), por ejemplo, ya que una calcinación insuficiente puede desencadenar perturbaciones significativas en el funcionamiento del horno. En procesos de esta clase, pueden pasar sustancias desde el producto que se procesa a los gases de combustión, incrementando las emisiones producidas por la instalación de combustión. En determinados casos, sin embargo, los contaminantes pueden, a la inversa, pasar desde el gas al producto que se procesa o a sustancias especialmente designadas (cenizas). Un ejemplo de esto es la industria del cemento o de la cal, en las que el azufre en el combustible se convierte en un constituyente del producto como óxido de azufre, en el proceso de combustión.
A la inversa, durante la fabricación del vidrio o de ladrillos, los óxidos de azufre se liberan del producto incrementando considerablemente la concentración de los gases de combustión. Hay una analogía con incremento de las emisiones de CO durante procesos que se realizan a contracorriente de la materia prima y los gases de combustión (ej., los hornos rotativos). En estos hornos, la cantidad de oxígeno en zonas alejadas del centro de la combustión puede ser insuficiente, dando lugar a una combustión incompleta con aumento de la concentración de CO.
Metales pesados pueden infiltrarse en el producto que se incinera (cemento, cal) y ser emitidos por el producto en los gases de combustión (industria metalúrgica, fabricación de vidrio). Las emisiones generadas por el proceso se pueden reducir significativamente mediante medidas relacionadas con el proceso tales como el diseño del horno, la gestión de la llama, la temperatura del producto que se incinera y del horno, el suministro de aire de combustión, etc. El análisis de gases proporciona la información necesaria para ello.
Calderas industriales:
El término caldera industrial se entiende que hace referencia a instalaciones de combustión usadas en la industria para producir calor y agua caliente y/u otros portadores de calor.
Esto también incluye las instalaciones de combustión para convertir sustancias en instalaciones de refinerías u hornos de coque, por ejemplo.
La producción de calor de las calderas industriales está en general, en el rango de los megavatios.
En el contexto de la reglamentación de emisiones dentro del ámbito de los Reales Decretos 833/1975, 653/2003 y 430/2004.
Las tareas del análisis de gases están orientadas en este caso a optimizar la combustión, comprobando la limpieza de los gases de combustión y controlando el cumplimiento con los valores límite.
Tratamiento superficial termoquímico:
Esta es una forma de tratamiento térmico en la cual la composición química de una pieza o de su superficie se modifica de una forma específica absorbiendo o expulsando determinados elementos de la atmósfera de gas ambiente.
Esto se utiliza sobre todo para endurecer el acero pero, también, para hornear vidriados y pinturas en la industria cerámica.
Estos procesos utilizan virtualmente sólo vidrio como medio de tratamiento (en casos raros también polvo) y difieren en naturaleza y concentración de los elementos introducidos por absorción (ej., nitrógeno en la nitruración, cromo en la cromización) y en las temperaturas de proceso (aproximadamente 400 - 1100 °C).
Los hornos continuos y por lotes entran en una amplia gama de diseños.
En todos los casos el análisis de gases requerido para garantizar el funcionamiento óptimo de la instalación (reducción de costes, seguridad) y para controlar la atmósfera de gas específica del proceso (calidad de producto, incluida la documentación de acuerdo con ISO 9000 ff.).
Los componentes más importantes a medir son O2, CO, CO2 y SO2.
Las aplicaciones del análisis de gases en procesos también pueden incluir mediciones diseñadas para proteger a las personas y a la instalación. Esto aplica a los gases tóxicos pero, sobre todo, a los inflamables y explosivos, particularmente al monóxido de carbono, CO. Los peligros de los incendios sin llama en los silos de polvo de carbón e instalaciones trituradoras de carbón pueden ser identificados por consiguiente en las fases iniciales controlando el CO y se puede evitar la formación de una mezcla de gas explosiva en los precipitadores electrostáticos. De forma similar, controlar las peligrosas concentraciones de metano u otros gases explosivos, particularmente en instalaciones químicas, puede ayudara prevenir situaciones peligrosas.
Límites de explosividad
Las mezclas de sustancias inflamables con aire u oxígeno son inflamables en determinadas concentraciones. Hay un límite de inflamación inferior y superior para cada mezcla. Estos valores dependen de la presión y de la temperatura: indican la parte del componente inflamable para ambos límites a una determinada temperatura y una determinada presión (generalmente 20°C y 1 bar) en % en volumen o en g/m3. El rango de inflamación o de explosión está entre estos dos límites, véase la tabla que sigue.
Límites de inflamación de gases inflamables
El principio de medición "oxidación catalítica" se usa para analizar mezclas de gas en componentes inflamables, aunque éste determina la suma de todos componentes inflamables. El rango de medición del dispositivo debe estar basado, por consiguiente, en el componente con el límite de explosividad inferior más bajo cuando se controla por el límite de explosividad inferior de una mezcla.
Análisis de gases para comprobar emisiones
La operación de instalaciones industriales de cualquier clase que sea (grandes centrales eléctricas, acerías, cementeras, vidrierías, industrias químicas y muchas otras), desde instalaciones municipales a pequeñas fábricas, están sujetas, en la mayoría de los países, a una estricta reglamentación por lo que respecta a las emisiones de gases de combustión a la atmósfera.
Se debe asegurar y verificar con regularidad, mediante las medidas pertinentes, que los componentes definidos como contaminantes no superen determinados valores límite en los gases de combustión. Cada país ha aprobado leyes y reglamentos en este campo, y de gran alcance en algunos casos; en España existen los Reales Decretos sobre emisiones, en Alemania existe la Ley Federal de Control de Inmisiones, mientras que en los EE.UU. existe la Ley de Limpieza del Aire. No existe una reglamentación estándar para toda Europa o toda Asia. Por consiguiente muchos países basan sus reglamentaciones nacionales.
El análisis de gases juega un papel fundamental en la puesta en marcha y el control de las medidas requeridas para limitar las emisiones..
Info:
Emisión: Las contaminaciones del aire, ruidos, vibraciones, calor, etc. que salen de una instalación (fuente)
Inmisión: Las contaminaciones del aire, ruidos, vibraciones, etc. que actúan sobre las personas, animales, instalaciones, terreno, edificios, etc.
Hola!!
En el siguiente módulo de formación encontrará mucha información sobre el tema física básica - CO, CO2 en el aire ambiente. Al finalizar la formación encontrará un test de conocimientos que le permitirá comprobar cuánto recuerda de lo aprendido.
Inicie el capítulo con la flecha de abajo a la derecha.
¡Que lo disfrute!
Duración: aprox. 30 min.
Anhídrido carbónico (CO2)
El anhídrido carbónico es un gas incoloro e insípido con un gusto ligeramente ácido. Bajo el efecto de la luz del sol y el pigmento de las hojas verdes, la clorofila, las plantas convierten el anhídrido carbónico (CO2) en oxígeno (O2).
La respiración de las personas y animales vuelve a convertir el oxígeno (O2) en anhídrido carbónico (CO2).
Esto crearía un equilibrio que es perturbado por los gases de combustión. Esta perturbación incrementa el efecto invernadero. La concentración máxima permitida de anhídrido carbónico (CO2) en el puesto de trabajo es de 5000 ppm. Se produce inmediatamente la pérdida de consciencia tan pronto como la concentración en el aire inhalado supera el 15 % en volumen (150.000 ppm).
Efecto del CO2 en las personas
Monóxido de carbono (CO)
El monóxido de carbono es un veneno respiratorio, incoloro e inodoro, y producto de la combustión incompleta. Si la concentración supera un nivel determinado, detiene la absorción de oxígeno por la sangre. Si, por ejemplo, el aire inhalado en un recinto contiene 700 ppm de CO, el que inhale el aire morirá antes de 3 horas. La concentración máxima permitida de monóxido de carbono (CO) en el puesto de trabajo es 30 ppm.
Los sensores electroquímicos adecuados para determinar el contenido de oxígeno y constituyentes nocivos del gas, como CO, SO2 o NOx actúan basándose en el principio de la valoración potenciométrica sensible a los iones. Los sensores están rellenos con un electrolito acuoso específico para su tarea, en los que están dispuestos dos o tres electrodos, igualmente combinados específicamente, entre los que hay un campo eléctrico. En el exterior, los sensores están sellados con membranas permeables al gas.
El diseño y el funcionamiento específico de los sensores difieren con arreglo al componente gaseoso a medir, como se muestra a continuación usando dos ejemplos.
Sensores para CO, SO2 y NOx (sensor de tres electrodos):
Para componentes gaseosos tales como el CO, SO2 o NOx, se usan sensores con tres electrodos. El funcionamiento se explica basándose en el sensor de CO; cómo se aplica esto a los demás componentes se puede ver luego en las ecuaciones de reacción.
Las moléculas de monóxido de carbono (CO) pasan, a través de la membrana permeable al gas, al electrodo de trabajo donde se forman iones H+ como consecuencia de una reacción química. Estos migran en el campo eléctrico al contraelectrodo, donde se genera un flujo de corriente en el circuito externo mediante otra reacción química desencadenada por el oxígeno (O2) del aire puro también aportado. El tercer electrodo (electrodo de referencia) sirve para estabilizar la señal del sensor.
La duración operativa de este tipo de sensor es de unos 2 años.
Sensor para CO y otros gases:
Ecuaciones de reacción para el CO:
Ánodo:
CO + H2O ------> CO2 + 2H+ + 2e-
Cátodo:
1/2 O2 + 2H+ + 2e- ----> H2O
Otras ecuaciones de reacción
SO2 + 2H2O ------> H2SO4 + 2H+ + 2e
NO + 2H2O ------> HNO3 + 3H+ + 3e-
NO2 + 2H+ + 2e- ------> NO + H2O
Absorción infrarroja (Proceso IR) Parte 1:
La radiación infrarroja es absorbida por gases tales como el CO, CO2, SO2 o NO con una longitud de onda típica de cada componente (rango de longitud de onda de unas pocas µm). La atenuación de un determinado rango de radiación infrarroja a medida que un volumen de gas pasa a su través es, por consiguiente, una medida de las concentraciones del componente gaseoso en el gas a medir que ha pasado a su través. Hay dos métodos para incidir en solo un componente:
En el método dispersivo la radiación se descompone espectralmente mediante prismas o redes de difracción antes de que el volumen de gas pase a su través, después de lo cual solamente la radiación con la longitud de onda típica del componente que se está midiendo y es de interés atraviesa el volumen del gas (cámara de medición). Este principio se usa en particular en dispositivos de laboratorio.
En el método no dispersivo (método NDIR) se prescinde de la descomposición espectral descrita anteriormente, y una radiación de banda ancha, modulada con una rueda obturadora por todo alrededor donde sea necesario, pasa a través de la cámara de medición.
Absorción infrarroja (Proceso IR) Parte 2:
Hay pues dos métodos para verificar la absorción:
Norma, directiva | Valor límite para CO2 |
Ashrae 62 - 1989 (EE.UU.) | 1000 ppm |
AFS 1993:5 (Suecia) | 1000 ppm |
Reglamentos IAQ (Japón) | 1000 ppm |
DIN 1946 Parte 2 (Alemania) | 1500 ppm |
EN 13779 |
RAL 1: < 800 ppm RAL 2: < 1000 ppm RAL 3: < 1500 ppm |
Valor en estado estacionario de la concentración de CO2 en un recinto, en función de la entrada de aire exterior:
Medir el contenido de CO2 del aire ambiente depende de las necesidades de la persona que efectúa la medición. Fundamentalmente, hay dos requisitos diferentes para medir:
a) Estático, en otras palabras, constantemente; posiblemente regulado por un sistema de aire acondicionado.
b) Portátil, en otras palabras, con un instrumento portátil para medición esporádica en cualquier punto escogido, por ejemplo, para evaluar el puesto de trabajo.
La medición se basa en la difusión del aire a medir en la célula (cámara de medición). A este fin hay una abertura en la célula que está protegida por una malla metálica para impedir la penetración de polvo y otras partículas.
Durante la medición se ha de tener en cuenta lo siguiente:
Medición del CO2 Véase "control personal" de los gases de combustión
Concentración de CO2, valores básicos
Relación entre la concentración de CO2 y el recinto
Bienestar en oficinas y durante procesos industriales
Medición de CO2 en interiores y durante procesos industriales:
En interiores las personas son, normalmente, la principal fuente de emisiones de anhídrido carbónico (CO2) como consecuencia del proceso de la respiración.
La concentración de anhídrido carbónico en zonas interiores sirve como indicador básico de si la calidad del aire es adecuada cuando las propias personas son la principal fuente de emisiones y otras fuentes tienen una influencia secundaria. A este respecto, la concentración de CO2 también sirve como medida de la efectividad de la ventilación del recinto. Como valor orientativo, no se debe superar una concentración del 0,1 por ciento en volumen de CO2 (1.000 ppm o 1.800 mg/m3).
Para garantizar una calidad del aire adecuada en zonas interiores, la concentración de CO2 no debe superar, normalmente, 1.000 ppm. Los valores de 700 a 1.500 ppm pueden ser considerados como "rango de interpretación"
Medición de CO en recintos cerrados:
Los gases de combustión por ejemplo, de los coches o los gases de escape de pequeños motores de gasolina, estufas y lámparas, o los generados por la combustión de madera o carbón, así como los gases liberados por las estufas de gas y los sistemas de calefacción, contienen monóxido de carbono. El monóxido de carbono liberado por estas fuentes puede acumularse en concentraciones peligrosas en recintos cerrados o semicerrados. Las personas y animales en estos recintos pueden sufrir envenenamiento por monóxido de carbono si se inhala este gas.
Los síntomas más comunes del envenenamiento por monóxido de carbono son dolores de cabeza, mareos, desmayos, náuseas, vómitos, dolor pectoral y confusión. La absorción de monóxido de carbono en altas concentraciones puede dar lugar a pérdida de la consciencia o, incluso, la muerte. A menos que se sospeche explícitamente el envenenamiento por monóxido de carbono, frecuentemente será difícil de diagnosticar como tal, porque los síntomas de otras enfermedades son relativamente similares. El envenenamiento por monóxido de carbono puede ser fatal en personas embriagadas o dormidas, sin que se manifiesten síntomas en primer lugar.
Ahorro de energía:
Esto necesita un sistema de acondicionamiento de aire que funcione con un intercambio de aire mínimo, en un recinto específico, y utiliza aire recirculado en gran proporción. Por supuesto, las corrientes de aire en los recintos se mantienen al mínimo, en consecuencia.
Sin embargo, el suministro de aire auténticamente fresco puede ser un cuello de botella cuando un recinto está ocupado por un número inusualmente grande de personas.
Se produce una incomodidad general, acompañada por un deterioro de la concentración, cansancio y una reducción del rendimiento. Todos estos son signos de lo que se denomina "síndrome del edificio enfermo".
Hola!!
En este módulo de formación sobre "humedad" aprenderá
Al final del capítulo podrá comprobar sus conocimientos a través del Test interactivo.
Necesitará unos 45 minutos para completar este módulo.
Inicie el capítulo con la flecha de abajo a la derecha.
Siempre hay más o menos cantidad de vapor de agua en el aire atmosférico. El contenido varía con el tiempo y el lugar, y se llama humedad del aire (humedad).
La presión parcial del vapor de agua no puede superar un valor máximo que depende de la temperatura (presión de vapor de saturación).
Un volumen de aire solo puede contener una cantidad máxima de vapor de agua a cada temperatura.
La humedad que hay en un recinto depende, básicamente, de los siguientes factores:
Humedad máxima:
La humedad máxima fmax (humedad de saturación) es la cantidad máxima posible de vapor de agua que se encuentra a una temperatura determinada en un metro cúbico de aire:
fmax = masa máxima posible de vapor de agua en el aire / volumen de aire húmedo
Unidad SI de la humedad máxima: [f max] = kg/m³ o (g/m³)
Normalmente el aire contiene menos vapor de agua que la cantidad máxima posible; no se alcanza la cantidad a saturación.
Humedad absoluta:
La humedad absoluta [g/m³] es la cantidad de agua encontrada en un volumen cerrado de 1 m³.
Humedad absoluta = Peso de agua / volumen de aire [g/m³]
Campo de aplicación: Medir la extracción de humedad durante el proceso de secado.
La humedad relativa F es la relación entre la masa real de vapor de agua en el aire comparada con la masa máxima posible de vapor de agua en el aire:
F = humedad absoluta / humedad máxima (indicada normalmente en porcentaje).
Si:
- F = humedad relativa
- f = humedad absoluta
- fmax = humedad máxima, humedad de saturación
Entonces:
- F = f / fmax *100 %
Como la humedad máxima fmax depende de la temperatura, la temperatura cambia con la humedad relativa, aún cuando la humedad absoluta permanezca constante. La humedad relativa aumenta al 100 % cuando se enfría hasta el punto de rocío.
Campo de aplicación: Técnica del acondicionamiento del aire, especialmente el acondicionamiento del aire de recintos
En otras palabras:
La humedad relativa [%RH] se define como la relación de presiones parciales entre la presión de vapor del agua p y la presión de saturación del vapor del agua pw con relación al agua, o pi con relación al hielo, a la misma presión atmosférica pa y la misma temperatura ta, que se indica en porcentaje.
La humedad relativa es una cifra porcentual que especifica el porcentaje de la cantidad máxima posible de vapor de agua actualmente en el aire.
Punto de rocío:
El punto de rocío es la temperatura td [°C] a la que el agua empieza a condensarse del aire y por consiguiente entonces la presión de vapor del agua existente p, es igual a la presión de saturación pw del agua requerida. Cuando baja la temperatura, disminuye la capacidad del aire para absorber agua.
Aplicación:
En zonas secas [trazas de humedad] (mejora de la resolución a medida que aumenta la %HR) así como para controlar la prevención de condensados (la temperatura del proceso está por encima del punto de rocío).
Info: En entornos naturales, el vapor de agua condensado se deposita como rocío en la superficie de los objetos sólidos.
Las personas se sienten cómodas en actividades de intensidad baja a media en el rango aproximado de 35 a 65 % de humedad relativa del aire.
Grado de humedad X o proporción de mezcla:
El grado de humedad X [g/kg] se define como la relación entre la masa de agua encontrada en el aire y la masa de aire seco.
Grado de humedad X = masa de vapor de agua/masa de aire seco [g/m³]
Campo de aplicación:
En los sistemas de acondicionamiento de aire, ej., para la mezcla óptima del aire – flujos parciales.
La temperatura del bulbo húmedo todavía es una variable de humedad usada frecuentemente. Para esta finalidad, se pone a disposición como variable calculada en el hygrotest 650.
La temperatura del bulbo húmedo [°C; °F] se registra corrientemente usando un psicrómetro. Éste mide, además, la temperatura del bulbo seco (= la temperatura del proceso).
Estructura clásica del psicrómetro:
Para esta finalidad la punta de medición del termómetro de bulbo húmedo está recubierta de un material textil (ej., fieltro) y se humedece usando agua destilada. Ambos termómetros se sitúan en un flujo de aire y se protegen contra la radiación calorífica. El agua se evapora con el aire que circula alrededor, haciendo bajar la temperatura. Junto con la temperatura de bulbo seco, la temperatura del bulbo húmedo es una medida de la humedad del aire. La humedad del aire se puede determinar con la ayuda de una tabla psicrométrica.
Ejemplo:
El termómetro de bulbo seco mide 22 °C, simultáneamente el termómetro de bulbo húmedo mide 19 °C. El resultado es que la diferencia psicrométrica es 3 K y por consiguiente la humedad del aire correspondiente es del 75 %HR. (véase la tabla).
Diagrama de Mollier para aplicaciones de acondicionamiento de aire:
Los diagramas de Mollier son imágenes compactas de las condiciones del aire y aplican respectivamente con un nivel de presión, generalmente con la presión atmosférica (uso en el campo de la técnica del acondicionamiento de aire).
El diagrama de Mollier mostrado aquí permite abordar un gran número de variables de humedad (humedad relativa [%HR] y grado de humedad [g/kg]) así como la temperatura [°C] para compararlas entre sí como relación.
El uso del diagrama de Mollier para verano / invierno:
El índice de confort (las personas se sienten cómodas en este rango de temperatura y humedad) se sitúa entre 20 a 26 °C y entre 30 a 65 %HR. (Para detalles, véase la comparación DIN 1946 y ASHRAE Fundamentals (Sociedad Americana de Técnicos de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado)).
Véase la página siguiente
Invierno:
Para permitir adaptar el aire invernal, que es demasiado frío y seco, al índice de confort durante la utilización en invierno, en primer lugar se debe calentar el aire y luego se debe aumentar la humedad relativa del aire y enfriarlo a la vez usando un humidificador adiabático, por ejemplo.
Eventualmente, el aire se vuelve a recalentar utilizando un recalentador y por consiguiente se encuentra en el índice de confort. (Véase el diagrama de Mollier, flechas negras.)
Verano:
Para permitir adaptar el aire veraniego, que es demasiado cálido y húmedo, al índice de confort durante la utilización en verano, se debe enfriar la temperatura del aire utilizando un enfriador. Al hacerlo, también se reduce la humedad del aire ya que el agua condensa. Luego se el aire recalienta usando un recalentador. Ahora el aire se encuentra en el índice de confort (véase el diagrama de Mollier, flechas grises).
Métodos de medición con la utilización de:
Cambios de longitud:
Cambios de temperatura:
Cambios eléctricos:
Cambios ópticos:
Diversos Métodos de medición:
Higrómetro de cabello |
Psicrómetro |
Espejo de punto de rocío |
Sensor de |
El higrómetro de cabello es uno de los métodos más antiguos para medir la humedad. La longitud de los cabellos cambia con la humedad que los rodea. Estos cambios de longitud se visualizan como humedad relativa por medio de un sistema mecánico. |
Generalmente, este es una sonda de temperatura recubierta con una mecha de algodón en rama húmeda, que se enfría como consecuencia del proceso de evaporación. Una segunda sonda de temperatura mide la temperatura ambiente. La humedad que la rodea se puede determinar inmediatamente a partir de la diferencia de temperatura. |
Se enfría un espejo de forma continua hasta que se empaña como consecuencia de alcanzar la temperatura del punto de rocío. Se controla el empañamiento del espejo y se determina el punto de rocío. |
Un condensador cambia su capacidad dependiendo de la humedad del entorno |
Ventajas |
Ventajas |
Ventajas |
Ventajas |
- técnica de medición sencilla y económica desde el punto de vista de adquisición |
- es posible una precisión del 2...3 %HR cuando se manipula cuidadosamente |
- rango de medida amplio |
- medición rentable, rápida y precisa (hasta ±1 %HR) |
Inconvenientes |
Inconvenientes |
Inconvenientes |
Inconvenientes |
- mayor coste de mantenimiento |
- no se puede usar solo para la medición en varios puntos |
- método de medición complicado y caro |
en el pasado... los sensores capacitivos eran considerados como poco robustos e inestables; hoy... el sensor capacitivo de Testo ha sido probado y ensayado en todo el mundo y se ha consolidado en la técnica de medición industrial (véase las pruebas de duración interlaboratorios, páginas 102/103) |
Las normas y directivas para humedad están especificadas en
EN 13779, DIN 1946 Parte 2 y EN 12599.
Los higrómetros de cabello muestran la humedad relativa. Utilizan pelo desengrasado (higroscópico), que cambia de longitud con la humedad
Ventajas:
Inconvenientes:
Versiones posibles del higrómetro de cabello (véase imagen).
Las sondas de humedad Testo están provistas, en general, con sensores de humedad y temperatura. Por consiguiente se dispondrá de dos valores correspondientes a la vez: temperatura y humedad. A petición, también se puede visualizar la temperatura del punto de rocío, que se calcula a partir de estos.
Info: En el pasado... los sensores capacitivos eran considerados como poco robustos e inestables.
Hoy… el sensor capacitivo de Testo ha sido probado y ensayado en todo el mundo y se ha consolidado en la técnica de medición industrial.
Los psicrómetros están compuestos por dos tipos idénticos de termómetro. El reservorio de mercurio de un termómetro está envuelto con una tela húmeda. Se extrae calor del termómetro por evaporación. Muestra una temperatura inferior que la del otro. La diferencia de temperatura es una medida de la humedad relativa.
Cuando la humedad relativa F = 100 % luego deltaT= 0
Ventajas:
Es posible una precisión del 2...3 %HR cuando se usa cuidadosamente
Inconvenientes:
Los psicrómetros no son adecuados para mediciones multipunto.
Manipulación importante (prácticamente se debe humedecer con agua destilada antes de cada medición).
Debe tener lugar un acondicionamiento al entorno antes de cada medición importante y también se debe cambiar la mecha.
Instrumento de medición del punto de rocío:
Los instrumentos de medición del punto de rocío tienen una superficie reflectante. Ésta se enfría hasta que el agua se deposita en ella. Las cantidades a saturación y la humedad relativa resultante se puede determinar a partir de la temperatura del aire y la de la superficie del espejo. La medición es muy precisa y se usa para calibrar otros instrumentos de medición de la humedad.
Cuando se efectúa una medición, se debe estar seguro de que el calor de su propio cuerpo y especialmente el aire que espire, no lleguen a la sonda. Una solución es agitar la sonda levemente. Esto no se debe hacer demasiado vigorosamente, pero tampoco debe ser con demasiada suavidad.
Info: Las mediciones estáticas en los sistemas de acondicionamiento de aire se deben efectuar en el aire de extracción.
Registrar con el instrumento de medida:
La sonda de humedad se debe sostener lo más alejada posible de la boca, 1,5 m, con el brazo estirado y agitada con la muñeca para que pueda absorber el clima del recinto. Cuando se respira encima de la sonda, esto incrementa naturalmente la humedad relativa (HR) y la temperatura.
En el lugar correcto a la altura correcta:
En el centro del recinto a una altura aproximada de 1,1 m, hemos medido una temperatura de 25 °C y una humedad relativa de 50 %.
Si medimos cerca de las paredes en el mismo recinto (15 °C), podemos observar una humedad relativa de 90 % en la pantalla.
La humedad absoluta en ambos lugares de medición es 11 g/m³.
La superficie exterior del cuerpo humano es el principal órgano para REGULAR EL CALOR.
El cerebro recibe señales de calor o frío a través de los vasos sanguíneos y los nervios de la piel. El cerebro activa entonces la función respectiva del cuerpo para mantener el EQUILIBRIO TÉRMICO.
Por una parte las personas producen humedad mediante la respiración y el sudor, aproximadamente 45 g/h y, para que las personas se sientan cómodas, se recomienda una humedad relativa del 35 % al 65 %.
=> Los valores de confort se consiguen usando sistemas de acondicionamiento de aire.
Por una parte se mide la humedad para la medición del confort de las personas y por otra parte para diferentes aplicaciones industriales.
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Usted aprenderá todo acerca de la variable física "presión" en los aproximadamente 30 minutos que siguen. Esto incluye el diseño técnico, el funcionamiento, las normas correspondientes y las aplicaciones.
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¡Páselo bien!
Junto con la temperatura, la presión (p) ¡es una de las variables físicas más importantes! Se define la presión como una fuerza (Fn) que actúa uniformemente sobre una superficie (A) definida. La fórmula que la define es:
Esta fuerza puede ser ejercida por un líquido, por los gases y por cuerpos sólidos. Ejemplo de equilibrio de presión:La presión está representada por el peso de pesas calibradas con arreglo a la siguiente fórmula:
pe = presión positiva
m = masa de las pesas
g = aceleración de la gravedad
A0 = sección transversal eficaz
Newton (N) y pascal (P):
La definición de la unidad de fuerza, el newton (N),
se utiliza para determinar la unidad de presión pascal (Pa), llamada así por el físico francés Blaise Pascal. Un pascal (Pa) representa la presión que actúa uniformemente sobre una superficie cuando se ejerce verticalmente una fuerza de 1 N sobre una superficie de 1 m².
Bar:
La unidad bar es el nombre especial de una décima de megapascal (MPa).
1 bar = 100.000 Pa = 0,1 MPa
La unidad bar ha demostrado particular utilidad en la práctica, ya que es una unidad de presión que es de la misma magnitud que la presión atmosférica. Por ello, las normas DIN utilizan casi exclusivamente la unidad bar. Internacionalmente, particularmente en las normas europeas, es probable que esta unidad aumente más su prevalencia.
La medida de la presión compara una presión real con una presión de referencia. La tecnología de medición de la presión distingue entre los siguientes tipos de presión, lo que permite hacer una declaración acerca de la relación entre la presión a medir y la presión de referencia.
La presión absoluta se refiere al espacio vacío del universo (presión cero).
Presión absoluta:
Presión positiva:
Depresión:
Presión diferencial:
Presión y temperatura:
Las dos variables a medir, presión y temperatura, están relacionadas directamente. Una breve consideración sobre la presión en los gases.
Las moléculas de los gases se mueven al azar en un sistema a presión cerrado. Cuando estas moléculas chocan contra las paredes de los sistemas a presión, generan presión. Mientras la temperatura permanece constante, así lo hace la presión.
Sin embargo, si el gas se calienta, la velocidad de las moléculas y la presión en el sistema aumentan (las moléculas chocan con las paredes del sistema a mayor velocidad => expansión). Si se enfría un gas, se produce lo contrario y la presión disminuye.
Los gases se pueden comprimir mucho en comparación con los líquidos y los sólidos.
En los instrumentos de medición de presión electrónicos, la influencia de la temperatura sobre la electrónica también juega un papel importante. Las señales de los componentes electrónicos se comportan de forma diferente a diferentes temperaturas. En la práctica, los instrumentos de medición de la presión tienen, normalmente, compensación de temperatura. La compensación de temperatura es muy importante si se registran los datos (función de registro).
P atm:
Esta es la presión más importante para la vida sobre la tierra. La presión atmosférica proviene del peso de la atmósfera que rodea la tierra. La atmósfera se extiende hasta una altitud de unos 500 km. La presión del aire disminuye constantemente hasta esta altitud (presión absoluta p abs = cero). La presión del aire atmosférico también está afectada por las fluctuaciones relacionadas con la meteorología. De media, la p atm al nivel del mar es 1013,25 hPa.
Sin embargo, puede fluctuar hasta un ±5 % con arreglo a las altas y bajas meteorológicas.
En el principio piezorresistivo, el elemento de medición está compuesto por un chip de silicio en el que están grabadas varias resistencias (normalmente de 4 a 6). Si el chip de silicio se carga con presión, se deforma (solamente unos pocos mm => por consiguiente un excelente comportamiento de histéresis). Esta deformación da lugar a cambios en los valores de la resistencia, que permiten calcular la presión aplicada.
Ventajas:
Desventajas:
El proceso de detección por desplazamiento inductivo
En el proceso de detección inductivo por distancia, se utilizan dos células de medición de presión hechas de bronce al berilio. El bronce al berilio se caracteriza por su excelente comportamiento dinámico y su elevada elasticidad. Las dos células de medición están acopladas entre sí (una para presión positiva, la otra para depresión). Tan pronto como se cargan con una presión, las células de medición se alargan. Este alargamiento se mide mediante un medidor de desplazamiento inductivo, es decir, se mide el alargamiento de la célula de medición de la presión .
Ventajas:
Desventaja:
Las unidades newton (N) y pascal (P) están normalizadas internacionalmente en ISO-1973 y, en Alemania, en DIN 1301.
La base legal en Europa para la tecnología de medición es la Directiva del Consejo sobre la aproximación de las leyes de los Estados Miembros relativa a las unidades de medición.
En Alemania, se especificaron las siguientes unidades en la "Ley sobre unidades en metrología" para la medición de la presión:
a) 1 pascal (Pa) representa la presión que actúa uniformemente sobre una superficie cuando se ejerce verticalmente una fuerza de 1 N sobre una superficie de 1 m².
b) El nombre especial para una décima de megapascal (símbolo de la unidad MPa) es el bar (símbolo bar).
Los que se conocen como instrumentos de medición de la presión diferencial pueden medir presión positiva, depresión, así como presión diferencial.
Lo importante aquí es conectar la presión correcta a la conexión correcta, es decir una presión positiva a la conexión + y una depresión a la conexión –. Con la conexión correcta, un instrumento de medición de la presión diferencial puede cubrir todo el rango de medida en ambos sentidos, positivo y negativo. Si un dispositivo de medición tiene un rango de 0...200 hPa, por ejemplo, se pueden medir una presión positiva, una depresión y una presión diferencial dentro del rango de 200 hPa.
¿Por qué siempre la presión correcta en la conexión correcta?
Si un dispositivo se usa para medir una depresión y ésta se conecta a la conexión +, algunos dispositivos indicarán una parte de su rango de medición con un signo –, pero se detendrán a partir de un determinado valor (tanto para proteger el sensor como porque todos los sensores de presión solamente están calibrados en el rango positivo).
Si el usuario no tiene esto en cuenta, se obtendrán resultados de medición incorrectos. Algunos otros dispositivos indicarán en la pantalla "fuera de rango" a partir de un determinado valor medido.
Dispositivos de medición de la presión absoluta:
La presión barométrica se puede medir con instrumentos de medición de la presión absoluta. Hay dos tipos de presión atmosférica barométrica.
Una es la presión relacionada con la altitud particular, la otra, la presión absoluta reducida al nivel del mar.
La presión absoluta reducida se usa principalmente en meteorología para garantizar la comparación.
Se sabe que el valor medio con relación al nivel del mar es 1013,25 hPa.
Todos los valores superiores indican altas presiones, todos los inferiores indican bajas presiones.
Un instrumento de medición de la presión absoluta también se puede usar para medir el vacío (contrapresión = 0).
Un instrumento de medición de la presión absoluta siempre tiene una sola conexión de manguera y no se puede poner a cero.
Probablemente la forma más original de medir la presión es utilizar instrumentos de medición de la presión de líquidos. La presión a medir se compara frente a la altura de una columna líquida. Se utilizan una diversidad de líquidos de acuerdo con la presión a medir.
A una altitud de 1 m se obtienen los siguientes valores medidos:
Instrumentos de medición de la presión de líquidos
Se puede ver, pues, que los instrumentos de medición de la presión de líquidos son adecuados principalmente para presiones positivas / presiones diferenciales mínimas o pequeñas.
Aunque las mediciones con estos instrumentos de medición de la presión son relativamente fiables, se deben tener en cuenta algunos parámetros importantes.
Parámetros importantes:
Error de paralaje:
Un gran número de tareas de medición han llegado a ser indispensables para una amplia gama de aplicaciones en la industria alimentaria, en calefacción, saneamiento y acondicionamiento del aire, en la generación y tecnología de la energía, ingeniería de procesos y en muchas otras áreas.
Ejemplos:
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Este incluye el diseño técnico, el funcionamiento, las normas correspondientes y las aplicaciones.
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¡Páselo bien!
El flujo es el movimiento direccional de partículas o medios continuos.
Son ejemplos:
• El flujo de agua
• El flujo de gases
La unidad SI del flujo es metros por segundo
(m * s-1)
Dependiendo de la aparición de remolinos, se hace una distinción entre
• Flujo laminar (sin remolinos)
• Flujo turbulento
La turbulencia:
La turbulencia, que se determina principalmente como una medida del confort en recintos, sirve como indicador del flujo turbulento. La turbulencia es, por consiguiente, una medida de la interferencia en un flujo. Las fluctuaciones aleatorias también se superponen sobre ella.
La turbulencia es un número que se puede usar para describir la calidad de un flujo externo. Cuanto menor es la turbulencia, mejor es el túnel de viento. Los túneles de viento de baja turbulencia tienen turbulencias TU de hasta un 0,5%.
La turbulencia es importante por lo que respecta a cómo se traspasan mutuamente las mediciones en el túnel de viento pero, también, por lo que respecta a la transferencia de los valores desde el modelo al original. La turbulencia se utiliza para registrar el hecho de que flujos turbulentos presentan diferentes fluctuaciones medias en la velocidad, en todos los tres ejes espaciales x, y, z. Se usan rejillas y cribas de malla fina para igualarlos.
Determinación de la turbulencia:
Flujo laminar
El flujo laminar (del latín lamina = lámina) indica el movimiento de líquidos y gases en los que no se producen remolinos turbulentos (flujo transversal). El fluido se desliza en capas que no se mezclan.
Flujo turbulento
El flujo turbulento (del latín turbulentus - inestable; también del latín turba – desorden ruidoso, agitación, conglomerado) es el movimiento de líquidos y gases donde se producen remolinos de todas las magnitudes. Esta forma de flujo se caracteriza por movimientos de las partículas del fluido en su mayoría tridimensionales, aparentemente aleatorios, no estáticos.
Se acepta que el flujo volumétrico significa el volumen de un medio que se mueve a través de una sección transversal dentro de un período de tiempo dado.
Q: flujo volumétrico en [m³/s], [l/min], [m³/h]
V: volumen en [cm³], [dm³], [m³]
t: tiempo en [s], [min], [h],
Velocidad de flujo en un tubo
La siguiente relación aplica adicionalmente a líquidos y gases:
V: flujo volumétrico en [m³/s]
c : velocidad de flujo media en [m/s]
A : sección transversal en el punto pertinente en [m²]
Donde se conoce la superficie de la sección transversal (tubos, canales) se puede usar esta fórmula para calcular el flujo volumétrico, siempre que se mida la velocidad del flujo.
Como la velocidad de flujo a través de una sección transversal no es constante (véase la representación), la velocidad de flujo media c se determina por integración (véase cálculo integral):
C: velocidad en un punto de la sección transversal (función del emplazamiento => f(xy) si la dirección del flujo es = z)
El rango de medición del flujo 0 …100 m/s se puede dividir en tres rangos secundarios:
Aquí las influencias son:
La humedad (despreciable) |
Sondas TérmicasEl principio de funcionamiento de las sondas térmicas se basa en un elemento caliente desde el que se pierde calor debido al flujo más frío. La temperatura se mantiene constante por medio de un circuito de control. La corriente regulada es directamente proporcional a la velocidad de flujo. Cuando se usan sondas de flujo térmicas en flujos turbulentos, los flujos que entran en contacto con el cuerpo caliente desde todas las direcciones, influyen en la medición. Con flujos turbulentos, un sensor de flujo térmico produce una medida superior a la de una paleta (= impulsor). Esto se debe notar especialmente cuando se hacen mediciones en canales. Dependiendo del diseño del canal, se han de esperar flujos turbulentos incluso a bajas velocidades de flujo. |
Aquí las influencias son:
|
Sondas de paleta
El principio de medición de la sonda de paletas se basa en la conversión de un movimiento de rotación en señales eléctricas. El medio que fluye pone la paleta en movimiento. Un interruptor de proximidad inductivo "cuenta" las revoluciones de la paleta y suministra una secuencia de impulsos que se convierte en el instrumento y se muestra como un valor de flujo. Los diámetros grandes (diámetro 60 mm; diámetro 100 mm) son adecuados para flujos turbulentos (por ejemplo, en las rejillas de salida) de velocidad baja a media. Los diámetros pequeños son adecuados sobre todo para mediciones en canales, donde la sección transversal del canal debe ser alrededor de 100 veces la sección transversal de la sonda de flujo pasante. |
La abertura del tubo de Pitot registra la presión total y la transmite a la conexión (a) de la sonda de presión. La presión puramente estática se registra a través de las rendijas laterales y se transmite a la conexión (b).
La presión diferencial resultante es la presión dinámica que depende de la velocidad. Esta luego se analiza y se visualiza.
Como las sondas térmicas, el tubo de Pitot tiene una respuesta a los flujos turbulentos superior a la de una sonda de paletas. Por ello también se debe seleccionar una vía de entrada y salida de flujo sin perturbaciones cuando se realice una medición mediante tubo de Pitot.
Aquí las influencias son:
Determinación del volumen usando el embudo de medición.
El uso del embudo de medición es necesario si no se puede determinar el área de la sección transversal del flujo, por ejemplo, en el caso de válvulas de asiento cónico, que estén situadas dentro de la válvula (anillo). No es posible colocar una sonda de flujo en este punto.
Se dispone de diversos tamaños de embudos de medición para estas aplicaciones. Estos embudos crean unas condiciones de flujo definidas a cierta distancia desde la válvula de asiento cónico en una sección transversal fija. La sonda de flujo se coloca aquí, se posiciona centralmente y se fija.
La velocidad del flujo volumétrico extraído se calcula a partir de la lectura de la sonda de flujo multiplicada por el factor del embudo.
EN 12599:
EN 12599 Procedimientos de ensayo y métodos de medición para entregar sistemas de ventilación y acondicionamiento del aire instalados:
Esta directiva aplica a los procedimientos de ensayo y a los métodos de medición en relación con los sistemas de ventilación y acondicionamiento del aire instalados según DIN 1946.
Esta directiva describe métodos normalizados de realizar mediciones en sistemas de ventilación y acondicionamiento del aire, equipos o componentes instalados y los instrumentos apropiados para esta finalidad.
EN 13779:
La nueva EN 13779 establece una norma europea para la planificación, construcción y utilización de la ventilación para edificios no residenciales:
Esta nueva EN 13779 abarca virtualmente la gama completa de tecnologías de ventilación / control climático y sustituye a varias normas de aplicación para áreas tales como:
calidad del aire, condiciones del aire ambiental, definición de la zona habitable, costes de mantenimiento, estudios de viabilidad, datos de iluminación, velocidades del aire en recintos, listas de comprobación para la configuración y uso de sistemas con bajo consumo de energía, etc.
DIN 1946 Part 3:
Sistemas de ventilación - Ventilación de coches de pasajeros y vehículos comerciales.
Especificaciones superiores y adicionales a las de DIN 1946 Parte 1 que necesitan ser respetadas en los compartimientos de los vehículos para conseguir una ventilación efectiva.
Se utilizan métodos de medición indirectos (mediciones principales) determinar los flujos de aire en mediciones de aceptación. Los procedimientos que siguen se sugieren en EN 12599:
Método usual:
El método usual para mediciones principales en secciones transversales rectangulares
Para este método, no se hacen suposiciones particulares por lo que respecta al perfil de velocidad. El campo de velocidad dentro de la sección transversal rectangular del canal se divide en zonas de medición iguales, con el punto de medición real colocado en el centro de dicha zona de medición.
En el caso de un perfil de velocidad uniforme, se puede obtener una medición representativa con sólo un pequeño número de puntos de medición. Sin embargo, si se encuentran elevadas diferencias en la velocidad de flujo en la sección transversal, se ha de incrementar el número de puntos de medición.
El número de puntos de medición es adecuado entonces, si la lectura de cada área es representativa de su entorno inmediato, es decir, si se puede considerar como un valor medio auténtico de su parte del área.
Método del eje baricéntrico:
Método del eje baricéntrico para mediciones principales en secciones transversales circulares
Aquí la sección transversal del canal circular se divide en anillos de igual superficie, con el punto de medición situado en el eje baricéntrico del anillo (no en la línea central del anillo).
Aquí, de nuevo, la medición se evalúa mediante el promediado aritmético de las lecturas individuales.
Método logarítmico - lineal:
Método logarítmico - lineal para mediciones principales en secciones transversales circulares
Para usar este método debe haber un perfil de capa límite turbulento que, sin embargo, raramente se encuentra en la práctica. Para este método, los emplazamientos se distribuyen sobre al menos dos diámetros perpendiculares superpuestos, con la separación entre los puntos de medición disminuyendo logarítmicamente hacia el borde.
Las mediciones de velocidad individuales se usan para calcular la velocidad de flujo media, a partir de la cual se calcula entonces el flujo volumétrico de aire.
V = A • v • 3600
V = flujo volumétrico en m³/h
v = velocidad de flujo media en m/s
A = sección transversal del flujo en m²
Representación esquemática del método usual:
Representación esquemática del método del eje baricéntrico:
Representación esquemática del método logarítmico - lineal:
Medición del flujo de aire en canales:
Las mediciones se deben hacer en la unidad central del sistema de ventilación y acondicionamiento de aire, para que no se hagan mediciones innecesarias de las líneas individuales si el volumen de aire total en el canal principal es inadecuado.
Medición del flujo de aire los conductos de aireación:
La medición de los flujos de aire no se deben hacer en los conductos de aireación, ya que los métodos pertinentes para fines prácticos son muy lentos y, también, muy susceptibles a errores.
A pesar de ello, se explican aquí los dos métodos más corrientes:
Método del bucle
Cálculo de la media multipunto:
El flujo relativamente uniforme en el interior del canal se altera sustancialmente por la rejilla de salida de aire; se producen zonas con una velocidad de flujo elevada en las zonas de la salida libres y zonas con baja velocidad de flujo y remolinos en las rejillas. Dependiendo del diseño de la rejilla, el perfil del flujo se estabiliza a cierta distancia de la rejilla (aproximadamente a 20 cm). Permanece un perfil de flujo que sube y baja periódicamente.
Se obtienen mediciones útiles en el primer caso con paletas de gran diámetro (60 y 100 mm de diámetro), porque los valores del flujo se integran y promedian a lo largo de una gran superficie con estos grandes diámetros.
Si se usan paletas de pequeño diámetro (por ejemplo, 16 mm), se debe realizar el cálculo de la media multipunto usando un número de puntos de medición correspondientemente grande.
Método del bucle:
Donde se usan paletas grandes, el escaneo del perfil del bucle de la sección transversal de la rejilla (conjuntamente con el cálculo de la media en el tiempo) es suficiente.
Después de determinar la velocidad media del aire, se calcula el flujo volumétrico multiplicando este valor por la sección transversal libre de la rejilla.
Ejemplo: V = 1 m/s x 0,8 x 0,2 m x 0,5 m
donde 1 m/s velocidad medida, 0,2 m x 0,5 m de superficie de rejilla;
0,8: 20 % de la superficie de la rejilla oculta por malla.
Usar el método del bucle para medir la velocidad media del aire en conductos de aireación solamente proporciona resultados verificables (reproducibles) si se garantiza una exposición uniforme de toda la sección transversal de la rejilla y la dirección directamente al frente de los listones de orientación del aire (sin desviación).
Este caso solo se encuentra raramente en la práctica, a consecuencia de lo cual el método del bucle solamente tiene aplicación limitada para mediciones de aceptación y solamente se puede usar para obtener estimaciones. Lo mismo aplica al cálculo de la media multipunto con sondas de sección transversal pequeña.
Las mediciones deben realizarse, fundamentalmente, en el recinto totalmente equipado, ya que el mobiliario y los equipamientos ejercen considerable influencia sobre el flujo de aire en el recinto.
Se deben definir y establecer en consonancia las condiciones antes de iniciar la medición. Se deben comprobar, en particular, el ajuste de los conductos de aireación y la diferencia entre la temperatura del aire que entra y el aire ambiente, ya que estos son los factores que más influyen en la distribución del aire y en la velocidad del aire ambiente en la zona habitable.
Además es importante asegurarse de que no tenga lugar un intercambio de aire inaceptable a través de las superficies de cerramiento (ventanas, puertas), para garantizar que no se atribuyan corrientes al sistema de ventilación y acondicionamiento de aire.
La elección de los puntos de medición se limita normalmente a las zonas habitables usadas por las personas. El flujo de aire allí, empezando cerca de la salida de aire, se visualiza con la ayuda del test de humo (precaución: ¡las sondas de velocidad de flujo no se pueden exponer al humo!).
Si se detectan corrientes a nivel del tobillo, compruebe si son producidas por aire frío que baja de las ventanas. A continuación determine la velocidad media del aire ambiente, la turbulencia (escalar) y la temperatura del aire en los puntos críticos así establecidos, preferentemente a alturas de 0,1 m (nivel del tobillo), 1,3 m (nivel de la cabeza estando sentado) y 1,8 m (nivel de la cabeza estando de pie).
La medición en las rejillas de salida (soplado) es crítica pero, a pesar de ello, factible. En este caso el perfil del flujo está influido por la rejilla pero, a pesar de ello, se conserva a cierta distancia de la rejilla, con el resultado de que se puede medir la velocidad.
Las condiciones en las aberturas que extraen el aire del recinto son diferentes.
Incluso excluyendo la interferencia producida por una rejilla, las líneas de flujo no son direccionales y el perfil del flujo tiene mucha falta de homogeneidad.
La razón es que el aire es aspirado del recinto con un perfil en forma de embudo a consecuencia de la depresión en el canal. Incluso solamente a poca distancia de la abertura de admisión, no hay una zona definida en el recinto mediante la cual se pueda determinar el flujo volumétrico, por ejemplo, por medición principal con cálculo de la media. En dichos casos, solamente la medición del canal proporciona resultados reproducibles.
Observación: las mediciones también se pueden realizar en las aberturas de soplado con embudo, usando el conjunto embudo (0563 4170) con el testo 417.
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Experimentará todo acerca de la "Refrigeración" en aproximadamente 45 min. Se describirán los datos técnicos y el funcionamiento de un sistema de refrigeración, las normas correspondientes (en Europa) y las aplicaciones.
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El calor es sinónimo de vibración molecular
La física no reconoce la refrigeración, solamente vibraciones moleculares más altas (mayor nivel de energía) o vibraciones moleculares más bajas (menor nivel de energía)
La generación de energía de refrigeración es cuando se extrae calor
El flujo calorífico siempre va desde un nivel de energía superior a un nivel inferior.
Estado de agregación:
Dependiendo de su temperatura, una sustancia cambia a uno de los tres estados de agregación (sólido / líquido / gaseoso).
Cuando se cambia a otro estado de agregación, la sustancia libera energía calorífica al ambiente o absorbe energía calorífica del ambiente.
La mayor parte de la energía se absorbe o se libera cuando se cambia entre líquido y gaseoso (evaporación / condensación).
La presión a la que está expuesta una sustancia y su temperatura para cambiar el estado de agregación están relacionadas directamente.
El gráfico muestra la dependencia entre la presión y la temperatura de ebullición.
Ejemplo: A mayor presión, mayor temperatura de ebullición (véase la olla a presión).
La energía de refrigeración se genera mediante la extracción de calor. La forma más eficiente de realizarlo es evaporando la sustancia.
Para esta finalidad, la temperatura de ebullición de la sustancia a evaporar debe ser inferior a la del objeto a enfriar (el flujo calorífico va desde el nivel de energía superior al inferior).
Esto se puede conseguir reduciendo la presión a la que está sometida la sustancia.
El gráfico muestra la generación de energía de refrigeración
Durante 1) Alta presión, alta temperatura de ebullición, el producto refrigerante se condensa, libera energía calorífica.
Durante 2) El calor entra en la cámara frigorífica a través de los productos a refrigerar y desde el entorno (aunque exista aislamiento).
Durante 3) Baja presión, baja temperatura de ebullición, el producto refrigerante se evapora, absorbe energía calorífica.
Un sistema de refrigeración es un bucle cerrado que tiene cuatro componentes principales (evaporador, compresor, condensador, válvula de expansión) donde se recirculan las sustancias que transportan el calor.
La sustancia que transporta el calor se llama refrigerante.
Se evapora (absorbe calor) o se condensa (libera calor) en el bucle de refrigeración mediante cambios de presión.
El refrigerante es la sustancia que se encarga del transporte de la energía (calor) circulando dentro del bucle de refrigeración y cambiando su estado de agregación.
Las presiones necesarias para que el refrigerante pueda cambiar el estado de agregación a las temperaturas requeridas deben ser técnicamente factibles.
La mayoría de los refrigerantes están marcados con una "R" (de refrigerante) y una cifra.
Los refrigerantes se dividen en refrigerantes azeótropos y zeótropos.
Los refrigerantes azeótropos tienen la misma temperatura de evaporación y de condensación a una presión constante.
Los refrigerantes zeótropos tienen temperaturas de evaporación y condensación diferentes (temperatura – deslizamiento) a una presión constante.
Ejemplo R407C a 1013 hPa (Compuesto por R32 / R125 / R134a)
La normativa de gases F
Mediciones en el sistema de refrigeración con recalentamiento:
Mediciones de presión en el lado de baja presión (salida del evaporador): p0
Esto da lugar a una temperatura de evaporación teórica (tabla) del refrigerante: t0
Medición de temperatura en el lado de baja presión (salida, evaporador, tubería): t0h
Recalentamiento: D t0h = t0h - t0
Prácticamente el valor debe estar en 7 K
Medición en el sistema de refrigeración con subenfriamiento:
Medición de presión en el lado de alta presión (salida del condensador): pc
Esto da lugar a una temperatura de evaporación teórica (tabla): tc
Medición de temperatura en el lado de alta presión (salida, condensador, tubería): tcu
Subenfriamiento D tcu = tcu – tc
Prácticamente el valor debe estar en -3 K.
Aplicaciones para sistemas de refrigeración se pueden encontrar en las siguientes áreas:
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Aprenderá todo acerca del tema físico "medición de la velocidad de rotación" en los aproximadamente 30 minutos siguientes. Esto incluye el diseño técnico, el funcionamiento, las normas correspondientes y las aplicaciones.
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Definición:
Velocidad de rotación es el término usado para indicar el cociente obtenido entre el número de revoluciones como numerador y el tiempo que tardan esas revoluciones t como denominador. La velocidad de rotación no es "absoluta", sino una variable física con la dimensión 1/tiempo.
Las velocidades de rotación se expresan normalmente como revoluciones por minuto (rpm), mientras que la oscilación u otros movimientos que se pueden medir igualmente con un velocímetro, se expresan con frecuencia en inverso de segundo (1/s = Hz).
Es importante darse cuenta de que la variable medida velocidad de rotación es independiente del diámetro o circunferencia del objeto a medir, ya que las variables anteriores no afectan al cálculo.
Sencillamente, la velocidad de rotación puede ser considerada como un recuento de impulsos en función del tiempo.
Variables medidas derivadas
Empezando con la variable velocidad de rotación, se pueden deducir otras variables medidas con la ayuda del cálculo.
Otras variables, tales como las dimensiones, se incluyen frecuentemente en el cálculo a este fin.
Un ejemplo clásico es la medición de la velocidad o de la distancia, en la que la distancia recorrida o la velocidad alcanzada, se pueden calcular a partir de la circunferencia (una dimensión) de un disco giratorio (rueda).
El principio de la medición de la velocidad de rotación implica, en principio, el recuento de impulsos durante un período. Estas dos variables se comparan y producen la unidad 1/s = Hz o rpm.
Hay varias formas diferentes de generar los impulsos; las más frecuentes son los métodos ópticos, haciéndose una distinción entre dos métodos particulares:
Reflexión:
Para este método de medición óptica el instrumento emite un rayo de luz (LED o láser), es reflejado por el objeto a medir y se registra por el instrumento de medición como un impulso, mediante un sensor óptico.
Una importante característica diferenciadora es la fuente de luz utilizada.
Los LED poseen menos intensidad luminosa y, por consiguiente, no pueden registrar objetos muy alejados. Por otra parte, el círculo de luz es ligeramente difuminado por una lente, lo que ofrece al usuario una superficie de detección o de medición mayor, dependiendo de la distancia considerada.
Las fuentes de luz láser poseen mayor intensidad luminosa y luminancia y, por consiguiente, también pueden detectar objetos muy alejados. No obstante, por su haz concentrado solamente enfocan un punto muy pequeño. Por consiguiente, los instrumentos necesitan sujetarse con mucha estabilidad.
Gráfico:
Para el método de reflexión, si es posible, se debe aplicar el material reflectante en forma de adhesivo al objeto a medir, para garantizar una óptima reflexión de la luz y excluir las reflexiones interferentes (desde la superficie).
Este método de medición óptica se utiliza con mucha frecuencia por los instrumentos portátiles.
Barrera fotoeléctrica:
Este método de detección óptica incluye un haz de luz que es interrumpido por un objeto móvil.
En los sistemas fijos, la fuente de luz y el receptor se colocan uno enfrente del otro y el objeto a medir gira entre ellos.
Cuando se utilizan instrumentos de medición portátiles, la fuente de luz y el receptor se colocan uno al lado del otro y un reflector o marcador reflectante sirve como objeto asociado.
Otros sistemas de medición:
Otros sistemas de medición incluyen sensores inductivos que explotan de forma activa o pasiva las características magnéticas de los materiales.
Los sensores capacitivos registran cambios en el campo eléctrico.
Estos métodos se utilizan, sobre todo, en todos los sistemas de medición fijos donde los componentes están encastrados (ej. la industria del automóvil, ingeniería mecánica).
Estos sistemas de medición son más robustos y menos susceptibles a fallos (contaminación) que el método óptico.
Mecánicamente por medio de un eje:
Los instrumentos puramente mecánicos son raramente utilizados ahora (estaban basados en el principio de transferir la velocidad de rotación a un engranaje y movimiento de relojería mecánico a través de un eje mecánico, pero este método era muy inexacto). No obstante, se siguen utilizando ampliamente instrumentos electrónicos con un elemento detector mecánico (sensor óptico o inductivo).
Ofrecen la ventaja de mayor resolución a menores velocidades de rotación y se pueden usar para medir velocidades y distancias.
Medición de referencia mediante estroboscopio:
En el caso del principio estroboscópico, una lámpara de destello genera lo que parece ser al observador una imagen estática del objeto giratorio.
La frecuencia de parpadeo de la lámpara se aumenta o reduce hasta que coincide con la velocidad de rotación (imagen estática).
El valor de la frecuencia de parpadeo corresponde por consiguiente a la velocidad de rotación.
Hay varias normas obligatorias que cubren el procedimiento y la precisión en el campo de los sensores incorporados (metrología de velocidad de rotación fija).
Estas aplican, principalmente, a los campos de la industria de automoción y la ingeniería mecánica.
La limpieza es vital para la tecnología de medición.
El objeto a medir (ej., un eje) debe ser fácilmente accesible para garantizar una medición óptima.
Para estar en una zona segura, sin embargo, se debe mantener una distancia mínima al objeto en movimiento, ¡dependiendo de su tamaño y velocidad! (¡Peligro de lesiones!)
Mecánicamente con el contador del hilo de rosca | Sin contacto (opcional) | Mecánico con la rueda |
Métodos de medición ópticos
Para evitar reflexiones no deseadas, siempre se debe usar un adhesivo reflectante, si ello es posible. Cuando se aplique un marcador reflectante, asegúrese de que no hay contaminación residual (aceite) en el objeto a medir, ya que podría perjudicar la adherencia del marcador y el adhesivo se podría aflojar con mayor facilidad a velocidades elevadas.
Si se usa un láser como fuente de luz, el instrumento de medición portátil se debe sostener de forma estable. Debido a la mayor distancia desde la que se pueden efectuar las mediciones, los instrumentos de medición con láser se recomiendan para elevadas velocidades de rotación y con dificultades de acceso al punto de medición, porque permiten al usuario hacer la lectura desde mayor distancia.
El usuario pulsa (o mantiene pulsado) el botón medición y apunta el haz / cono de luz hacia el punto de medida (adhesivo). El instrumento de medición muestra la velocidad de rotación actual como valor instantáneo. Cuando el usuario suelta el botón, la última lectura permanece en la pantalla. También se pueden leer los valores MIN, MAX y MEDIO pulsando botones auxiliares.
Si es necesario medir objetos que giran muy lentamente, puede ser más efectiva la medición por contacto por medio de un adaptador; también puede ser de utilidad aplicar varios marcadores reflectantes para que la electrónica detectora registre una mayor velocidad que luego se divide por el número de marcadores colocados.
Medición con adaptadores mecánicos
Si se utilizan ruedas o discos de medición, se debe conocer su tamaño (circunferencia o diámetro). Este ajuste está disponible normalmente en el instrumento como una preselección y solamente es necesario seleccionarlo.
Cuando se miden piezas que giran rápidamente, asegúrese de que se hace presión de contacto suficiente para evitar el resbalamiento.
Véase el gráfico: Adaptador mecánico (rueda de medición)
Usar ruedas y puntas de medición alberga fundamentalmente más riesgos para el usuario en vista de las pequeñas distancias desde el objeto a medir.
El instrumento y los adaptadores deben, por consiguiente, tener un diseño adecuadamente robusto para resistir las cargas incluso a elevadas velocidad es de rotación.
El diseño del rodamiento del eje del adaptador es un criterio de calidad importante.
Véase el gráfico: Uso de la medición en cinta transportadora.
Gráfico: Adaptador mecánico
Gráfico: Medición en cinta transportadora
Hola!!
en el siguiente módulo encontrará mucha información sobre el tema de física básica - sonido. Al finalizar la formación, podrá evaluar sus conocimientos a través del Test interactivo.
Inicie el capítulo con la flecha de abajo a la derecha.
¡Que lo pase bien!
Las ondas sonoras son ondas longitudinales mecánicas. Emitidas desde la fuente sonora, un cuerpo en oscilación, se expanden a través de sólidos, líquidos y gases en forma de variaciones de presión (ondas de presión).
Las frecuencias de 16 a 20 000 Hz son normalmente audibles al oído humano. Las frecuencias más altas se denominan como ultrasonidos, y las frecuencias más bajas como infrasonidos.
Frecuencia de las diferentes gamas sonoras
Se ha de distinguir entre tono, sonido, ruido y estampido.
Un tono (sonido puro) es una onda senoidal.
Un sonido es el resultado de varios tonos superpuestos; varias oscilaciones senoidales se superponen para producir una onda no senoidal. El tono de frecuencia más baja determina el timbre de cómo se percibe todo el sonido, mientras que los demás tonos (sobretonos) crean la impresión del timbre.
Un ruido es una oscilación irregular, una mezcla de un número muy grande de frecuencias de aproximadamente la misma magnitud.
Un estampido es un sonido de sacudida corta y violenta.
Tono, sonido, ruido y estampido
Existe la siguiente relación entre las oscilaciones de la fuente sonora y la forma en la que se percibe el sonido:
Relaciones entre la fuente sonora y la percepción del sonido
Propagación del sonido:
El sonido se propaga en forma de ondas longitudinales mecánicas. La velocidad de fase de estas ondas que indica principalmente la velocidad del sonido c, depende (donde las amplitudes son suficientemente pequeñas) solamente de las propiedades mecánicas del medio, pero no de la frecuencia de la onda.
Presión sonora:
La presión sonora p se usa para indicar las variaciones periódicas de la presión (sobrepresión y subpresión, presión alternativa) que se producen en una onda sonora.
En medios gaseosos, la presión sonora, p, se superpone a la presión que tiene el gas, pG.
Nivel sonoro:
Dos intensidades sonoras o presiones sonoras se comparan indicando el nivel sonoro.
El nivel de intensidad sonora LJ se define como 10 veces el logaritmo decimal del cociente entre dos las intensidades sonoras; el nivel de presión sonora nivel Lp se define como 20 veces el logaritmo del cociente entre las dos presiones sonoras.
Nivel (dB) = 20*log P/ Pref
P: presión sonora medida
Pref: valor de referencia (20 µPa)
» El sonido audible consiste en las fluctuaciones de la presión del aire.
» Las oscilaciones del aire en el rango de 20 Hz a 20.000 Hz son captadas por el oído humano como sonidos.
» El número de oscilaciones por segundo se denomina frecuencia.
» El rango que puede escuchar el oído se denomina el rango de frecuencias de audición.
Si se conocen la velocidad y la frecuencia del
sonido, se puede calcular su longitud de onda.
El sonido viaja en el aire a una velocidad de 344 m/s.
El oído es un sensor de sonido que está adaptado a las necesidades del ser humano en su ambiente.
» El oído humano convierte los cambios de presión en impulsos nerviosos que se envían al cerebro.
» El oído está adaptado especialmente a nuestro medio ambiente. Por consiguiente no es igualmente sensible a todas las frecuencias.
» En un sonómetro se debe tener en cuenta la "respuesta de frecuencia" del oído humano para que el medidor interprete las señales sonoras exactamente de la misma forma que el oído.
La curva "A" corresponde a la sensibilidad del oído humano.
En este contexto, los técnicos hablan de la "curva isofónica".
La curva "C" se utiliza si la señal sonora contiene muchas frecuencias bajas.
El rango de frecuencia en el que funciona un sonómetro según IEC 60651 se extiende desde 31,5 Hz a 8.000 Hz.
Rápida:
Las mediciones se registran durante 1/8 s (125 ms) y el valor calculado se muestra en la pantalla.
Lenta:
Las mediciones se registran cada 1 s (1.000 ms) y el valor calculado se muestra en la pantalla.
La señal sonora se puede evaluar temporalmente como "lenta" (1.000 ms) o "rápida" (125 ms) para satisfacer los requisitos de la fuente sonora.
El sonido consiste en pequeñísimas fluctuaciones de presión en el aire ambiente.
Como el oído humano tiene un rango dinámico extremadamente grande, no sería adecuado indicar los valores de presión.
Por consiguiente, se da preferencia a una representación logarítmica.
La variable de medición calculada es un número cómodo, el decibelio = dB
El decibelio no es una unidad de medida absoluta (tal como el °C), sino una relación. Un valor medido se expresa comparándolo con un valor de referencia (valor de referencia sonora = 20 µPa).
El "rango de medición" (rango dinámico) del oído humano se extiende desde 0 dB a unos 140 dB.
Para proteger la salud, las personas deben llevar protección auditiva cuando se exponen a un nivel sonoro (continuo) >80 dB.
¡Los valores en dB no se pueden sumar o restar directamente!
Se pueden usar para los cálculos gráficos auxiliares que utilizan valores de nivel sonoro.
Valores límite recomendados |
||||
Recinto |
Efectos en la salud |
LA equiv. |
Tiempo |
LA max. |
Exterior habitable |
Malestar fuerte, día y anochecer |
55 |
16 |
- |
Interior de viviendas Dormitorios |
Inerferencia en la comunicación verbal, dia y anochecer |
35 30 |
16 8 |
45 |
Fuera de los dormitorios |
Pertubación del sueño, |
45 |
8 |
60 |
Aulas de escolar y |
Interferencia en la comunicación, |
35 |
Durante la clase |
- |
Dormitorios de preescolar, |
Perturbación del sueño |
30 |
Horas de descanso |
45 |
Salas de hospitales, |
Perturbación del sueño, noche |
30 |
8 |
40 |
Zonas industriales, comerciales |
Daños al oído |
70 |
24 |
110 |
Clase 0 | Clase 1 | Clase 2 | Clase 3 |
+/- 0,4 dB | +/- 0,7 dB | +/- 1,0 dB | +/- 1,5dB |
Las clases de precisión de los sonómetros están normalizadas internacionalmente en IEC 60651.
La temperatura de utilización es -10... +50°C. A los dispositivos que se utilizan en el rango de 0...40 °C se les asigna el código L. Ejemplo: Clase 2L
Un sonómetro se debe recalibrar cuando se mueve a un lugar diferente o hay un cambio de temperatura. Se dispone de calibradores sonoros especiales para esta finalidad.
Info: testo 815 y testo 816 = clase 2 (+/-1,0 dB)
Un sonómetro se debe colocar a un ángulo de cero grados con la fuente del ruido. En otras palabras, el micrófono se apunta directamente a la fuente de ruido. | Para evitar interferencias debidas al sonido reflejado por el cuerpo, el medidor se debe mantener al menos a 30 cm del cuerpo de la persona que hace la medición. |
El campo sonoro en la proximidad inmediata (0 - 2 m) del campo sonoro se denomina campo próximo. Las mediciones en el campo próximo pueden dar lugar a errores de medición.
El campo de sonido reverberante es el rango en el que las reflexiones (por ejemplo, por una pared) pueden producir mediciones incorrectas.
Las condiciones de medición en campo libre son las ideales. Aquí no se producen errores de medición por reflexiones y eco. Las mediciones se deben realizar en campo libre.
Un sonómetro debe ser diseñado de tal forma que responda a las frecuencias como el oído humano, y muestre nivel sonoro en dB.
A este fin, las ondas sonoras que son recibidas por el micrófono pasan a un filtro de evaluación de frecuencia a través de un preamplificador. Este filtro de evaluación garantiza que el dispositivo mida las ondas sonoras de la misma forma que las percibe el oído humano.
La señal llega a un detector de valor eficaz a través de otro amplificador. Este determina el valor eficaz (el valor de la tensión CC de la potencia equivalente) de la señal de corriente alterna para enviarla a la pantalla del medidor a través del controlador de pantalla correspondiente.
Un circuito especial permite dos constantes de tiempo, "lenta" y "rápida". Las propiedades que debe tener un sonómetro están estipuladas en la directiva internacional IEC 651.
Uno de los elementos más importantes de un sonómetro es el filtro de evaluación de frecuencia. Este filtro garantiza que el sonómetro se comporte acústicamente igual que el oído humano.
Representación esquemática de un sonómetro
Cuando se determina el valor medio de procesos sonoros que fluctúan en el tiempo, se lleva a cabo una evaluación que depende del nivel. Para esta finalidad se utilizan sonómetros integradores especiales.
Hay una directiva importante para evaluar las inmisiones:
La Ley de ruido (Ley 37/2003).
La gestión del ruido ambiental es competencia da las Comunidades Autónomas. La Administración Central solamente puede establecer legislación de carácter básico, fijando las condiciones mínimas y armonizado los procesos.
Desde el año 2003 existe una Ley del Ruido de carácter nacional que va a ser desarrollada mediante un Reglamento, actualmente en preparación. A falta de este desarrollo reglamentario, la Ley del Ruido no establece indicadores ni límites en cuanto a en los niveles de ruido permitidos.
Muchas de las Comunidades Autónomas han desarrollado su propia legislación en la materia, existiendo entre ellas una gran diversidad en cuanto a indices y valores límite.
Valores límite de inmisión - Estado Español
Valores límite de inmisión - Comunidad de Cataluña
Inmisión recomendada o valores límite
Por consiguiente, el nivel debe ser inferior a 55 dB (A) en oficinas.
Los niveles varían en salas de máquinas y puestos de trabajo.
Dependiendo del entorno y de la actividad, aplican los siguientes valores de forma aproximada:
Las propiedades que debe satisfacer un sonómetro están estipuladas en la directiva internacional IEC 61672 (sustituye a las IEC 651).
Esta norma describe:
El sonido tiene la incómoda propiedad de ser reflejado por paredes, techos y el cuerpo del usuario. Se pueden producir errores de medición si el dispositivo no se usa de forma experta. Por consiguiente, es necesario respetar ciertos requisitos cuando se utilizan los sonómetros.
Cálculos con dB
Un incremento de nivel de 20 dB significa que la presión sonora se ha incrementado, en realidad, diez veces. A la inversa, esto significa que si se miden por separado dos fuentes de ruido y se ha de determinar luego el nivel conjunto, no podemos simplemente sumar los dos valores individuales de dB (porque la escala es logarítmica).
Ejemplo:
Máquina 1: 62 dB
Máquina 2: 65 dB
Nivel conjunto: 62 dB + 65 dB = 127 dB à INCORRECTO
Debido a la estructura logarítmica de la escala de dB, los valores han de ser combinados mediante un proceso bastante más complicado. Para sumar niveles (calcular el nivel conjunto), se aplica la siguiente fórmula en general
L = 10* lg (10 0.1*11 + 10 0,1*12+...... 10 0.1*ln)
Usando nuestro ejemplo de cálculo, esto produciría lo siguiente:
L = 10* lg (10 0.1*62 + 10 0.1*65)
L = 66,76 dB à CORRECTO
Esto también significa que dos máquinas que generen cada una el mismo nivel de ruido (digamos 60 dB por máquina) juntas, producen un nivel combinado de 63 dB. Por otra parte, doblar la presión sonora (por ejemplo de 2.000 µPa a 4.000 µPa) produce un incremento de nivel de 6 dB (en este caso, de 40 dB a 46 dB).
Cómo se realizan las mediciones
Testo suministra aparatos para las condiciones de trabajo diarias, sean para sistemas de acondicionamiento del aire y calefacción, ruido de discotecas, medición de ruido de máquinas o el ruido de incineradoras.
Medición del ruido en protección medioambiental:
Las tareas de medición que se presentan típicamente en el trabajo de protección medioambiental están sujetas a requisitos muy especiales.
Evaluación del ruido en el puesto de trabajo:
Las leyes y directivas sobre la seguridad profesional piden la evaluación de los riesgos sanitarios causados por la exposición al ruido laboral.
Los dispositivos miden todos los parámetros que están establecidos para los controles según UVV-Lärn o la nueva directiva de la UE.
Siempre que se superen los valores límite y se requieran medidas de protección auditiva, las mediciones en bandas de octava indican los componentes de la frecuencia y ayudan a seleccionar las medidas de reducción de ruido adecuadas.
Mediciones de comprobación en el comercio y la industria para comprobar los valores objetivo / las directivas laborales.
Los dispositivos de clase 3 son adecuados para las mediciones de comprobación en el comercio y la industria.
Los dispositivos de clase 2 o mejor deben utilizarse para mediciones comparativas o para las mediciones necesarias para la preparación de informes técnicos.
Hola!!
Aprenderá todo sobre la unidad física "lux" en los siguientes, aproximadamente, 50 minutos. Se describirán el diseño técnico y el funcionamiento de la fotometría y las correspondientes normas y aplicaciones.
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¡Páselo bien!
Info: El sol está constantemente emitiendo energía en forma de radiación, que se denomina radiación electromagnética.
Está compuesta por rayos de diversas cualidades que difieren según su longitud de onda y están dispuestos en lo que se conoce como el espectro electromagnético
El lux es la unidad de medición de la iluminación.
Luz solar directa: hasta 100.000 lux
Luz de la luna llena: 0,2 - 1 lux
Info: ¡La luz es vida!
El ojo humano está preparado permanentemente para un rendimiento muy elevado.
Seguramente ningún otro órgano sensorial nos proporciona tanta información.
(Las personas captan alrededor del 80% de toda la información a través de los ojos.)
Ejemplos típicos de potencia lumínica:
Día soleado brillante | 100.000 lx |
Día de verano nuboso | 20.000 lx |
A la sombra, en verano | 10.000 lx |
Quirófanos | 10.000 lx |
Iluminación en estudio de TV | 1.000 lx |
Iluminación de oficinas | 500 lx |
Iluminación de pasillos | 100 lx |
Iluminación de calles | 10 lx |
Vela a 1 m aproximadamente | 1 lx |
Luz de la luna | 0,25 lx |
Cielo estrellado despejado | 0,001 lx |
Cielo nocturno nuboso sin objetos ajenos | 0,0001 lx |
La luz es, evidentemente, intangible.
Muchas personas tienen problemas para recordar qué variable de medida es cual, especialmente ya que las explicaciones en los libros de texto de física raramente son fáciles de entender.
Por consiguiente, en diversos lugares de este documento hemos decidido igualar las unidades de medida de la luz con unidades de medición bastante más tangibles.
La iluminación es una Unidad de medición: lux |
La luminancia es una medida
|
Info: De forma sencilla, nuestro ojo se puede comparar con una cámara fotográfica.
La retina corresponde a la película sensible a la luz, la cámara del ojo y el cristalino, al objetivo de la cámara, y el iris al diafragma, cuyo diámetro cambia según la iluminación de la retina.
Potencia luminosa
Símbolo matemático:
Unidad de medición: lumen (lm)
La potencia luminosa significa toda la energía radiada
al espacio por la fuente de luz en todas las direcciones.
Se hace referencia a la sensibilidad al brillo del ojo
humano con fines de evaluación espectral.
Intensidad luminosa
Símbolo matemático: I
Unidad de medición: candela (Ca)
Las fuentes de luz raramente irradian su luz en todas las direcciones.
La parte de la potencia luminosa que se irradia en una dirección
determinada se denomina como intensidad luminosa. Para calcular esto,
se debe saber primero el ángulo al que se irradia la luz.
Iluminación
Símbolo matemático: E
Unidades de medición: lux (lx), pie candela (pc)
La iluminación indica lo fuertemente iluminada que está una superficie
Iluminación = potencia luminosa / área de la superficie
Luminancia
Símbolo matemático: L
Unidades:
Para superficies iluminadas: 1 candela/m² (anteriormente apostilb, asb)
Para cuerpos luminiscentes: 1 candela/cm² (anteriormente stilb, sb))
La luminancia es una medida de la impresión de brillantez que un objeto
iluminado (o luminiscente) crea en el ojo humano.
Luminancia = intensidad luminosa (cd) / área de la superficie (m²)
Iluminación nominal |
Clasificación de las tareas visuales según DIN 5035 |
Ejemplos de DIN 5035 |
30 lux | Orientación, sólo estancia temporal. | Trasteros |
120 lux | Tareas visuales ligeras, detalles grandes con alto contraste | Almacenes, vestuarios |
500 lux | Tareas visuales normales, detalles de tamaño medio con contraste medio | Montaje de equipos finos, trabajo de oficina |
1000 lux | Tareas visuales difíciles, detalles pequeños con bajo contraste | Montaje de componentes electrónicos |
2000 lux | Tareas visuales muy difíciles, detalles muy pequeños con muy bajo contraste | Componentes subminiatura, relojería, grabado |
5000 lux | Aplicaciones especiales | Iluminación de quirófano |
Clase L | Clase A | Clase B | Clase C |
+/-3% | +/-5% | +/-10% | +/-20% |
Las formas en las que se pueden utilizar los luxómetros tales como el testo 540 y el testo 545 son muy diversas, aquí hay sólo unos pocos ejemplos:
Info: Se puede hacer una lectura de lux muy aproximada usando una cámara reflex de un solo objetivo:
Ajustada a 800 ASA y 1/60 s, un objetivo de 35 mm se dirige hacia una caja blanca a 30 - 40 cm de distancia. Se ajusta el diafragma hasta que la cámara indique la exposición correcta.
La apertura 4 corresponde entonces a 50 lux, la apertura 5,6 = 100 lux, la apertura 8 = 200 lux, etc.
Hola!
En la sesión de formación que sigue, encontrará todo lo que necesita saber acerca de la Física básica: pH. Al finalizar la sesión de formación hay un test de conocimientos, que le permitirá comprobar cuánto recuerda del tema.
Duración: aproximadamente 45 min.
Inicie el capítulo con la flecha de abajo a la derecha.
¡Que disfrute!
La abreviatura pH es la expresión latina "pondus Hydrogenii" y cuando se traduce tiene el significado base absoluta de hidrógeno.
Por lo tanto, el pH es una medida de la concentración de iones H3O+ (iones hidronio) en una sustancia.
Como resultado de esta concentración se pueden hacer conclusiones precisas del carácter ácido y neutro o alcalino (básico) de una sustancia.
El pH es un importante parámetro a medir en muchos procesos químicos y bioquímicos. Por ejemplo, el grado de madurez del queso y de la carne o el grado de acidez de la masa ácida y de los baños galvánicos.
El pH también juega un papel importante en las industrias farmacéuticas y medioambientales.
La escala de pH: Así pues, la escala de pH es una escala logarítmica decimal que va normalmente desde 0 (muy ácido) a 14 (muy alcalino). También se pueden encontrar pHs que son inferiores a 0 y superiores a 14 en ácidos o lejías con elevadas concentraciones. Si la sustancia tiene un pH 7, tiene un carácter neutro.
Cálculo del pH:
pH = -log [H+]
[H+] = Concentración de ión hidronio
Ejemplo:
Concentración de H+ = 10-4 mol/l es equivalente a un pH = 4
1 mol (cantidad de material) = 6.022x10^23 partículas
La medición del pH es la conversión de la concentración de iones hidronio en una tensión eléctrica. A finales del siglo XIX se realizaron experimentos utilizando placas de platino pulido y puentes de electrolito (soluciones salinas) para poder realizarlo.
Como el electrolito se consume y los valores medidos se deben referir a una referencia para obtener valores estables, se ha introducido el sistema de dos electrodos para esta finalidad.
En el electrodo de medición se genera un potencial que es proporcional a la concentración de iones de hidrógeno (pH). El electrodo de referencia proporciona la referencia de potencial del sistema. El pH se traduce en una diferencia de potencial o tensión eléctrica entre el electrodo de medición y el electrodo de referencia que puede ser interpretada por circuitos electrónicos para poder mostrar su valor. En el ámbito del progreso técnico, se ha ideado mejorar el complicado manejo de los dos sensores (uso de laboratorio) mediante la integración de ambos canales de medición en un electrodo individual, el llamado electrodo combinado.
Actualmente, se utilizan casi exclusivamente electrodos combinados de pH.
Electrodo de medición:
El electrodo de vidrio posee las mejores características técnicas de medición posibles de todos los sensores que existen.
Además de su manejo sencillo, también ofrece la mayor precisión posible. Se puede aplicar universalmente y es muy resistente a las influencias de la solución tales como color, viscosidad y composición química.
La pieza central de este electrodo de medición es una membrana de vidrio muy delgada (membrana de pH) fabricada con un vidrio selectivo del pH especial. Este vidrio tiene la capacidad de reaccionar con la humedad o el agua de forma que se crea una finísima capa invisible que contiene agua sobre la superficie. Este gel o capa se utiliza como barrera selectiva que, prácticamente, solo intercambia los iones H+ con la solución a medir. El intercambio de otros iones se bloquea.
El electrodo de referencia tiene la tarea de proporcionar un potencial de referencia constante.
Cada electrodo de referencia consta de un elemento de referencia que está colocado en una solución electrolítica definida. Este electrolito debe tener contacto con el medio a medir. En los electrodos de referencia corrientes la conexión se realiza usando el llamado diafragma que garantiza flujo de iones.
El diafragma:
Existen varios tipos de diafragmas: un pin de madera, una espiga cerámica porosa, un pequeño agujero, vidrio molido, un poro o un haz de fibras, sólo por nombrar unos pocos.
El tipo a utilizar depende de la tarea de medición, pero con mayor frecuencia, de la filosofía de la empresa fabricante del electrodo de que se trate. El más ampliamente usado diafragma cerámico puede dar lugar a problemas debido a su estructura porosa tipo esponja. Se obstruye y la lectura se hace inestable.
No obstante, el mayor número de tareas de medición que se realizan en el uso diario utilizan diafragmas cerámicos “sin mantenimiento”.
El potencial del sistema de referencia está definido por los electrolitos de referencia y el elemento de referencia.
Normalmente se utiliza como electrolito de referencia una solución 3 M de cloruro potásico (KCI). El elemento de referencia está compuesto, normalmente, por un hilo de plata clorado.
Por razones de compensación electroquímica, también se debe disolver cloruro de plata (AgCI) en los electrolitos de referencia. Como el AgCI puede dar lugar a obstrucciones en el diafragma (cerámico) con algunas soluciones de medición, se colocan en el sistema de referencia electrodos de pH más recientes con un llamado cartucho donde se retiene el AgCI. El electrolito de referencia usado para rellenar debe estar libre de AgCI.
Los electrodos de medición y de referencia separados solamente son de utilidad cuando tienen grandes diferencias en su vida estimada. En la práctica, el electrodo combinado es el más utilizado en la actualidad. En comparación con la configuración separada, es más fácil de usar. El electrodo de medición y el electrodo de referencia se combinan en una sola unidad con el electrodo combinado.
Por lo tanto, junto con un sensor de temperatura integrado adicional, solamente se requiere una única sonda para medir el pH. Con este tipo de estructura de electrodo, existen soluciones de cloruro potásico (KCI) 3 M en forma líquida con el electrolito de referencia.
Este líquido se puede introducir a través de una abertura de relleno. Las sondas de este tipo tienen una duración muy grande. Sin embargo, tienen la desventaja de que la solución de electrolito de referencia se debe rellenar de forma regular.
Si este electrolito de referencia se sustituye por un gel, esto se conoce como un electrodo de gel.
La medida del pH con el llamado electrodo de vidrio de pH es el método más corriente utilizado en la actualidad.
Mediante este método, el electrodo de vidrio genera un voltaje proporcional al pH.
Como el electrodo solo puede generar una pequeña cantidad de tensión eléctrica (los profesionales hablan de una elevada resistencia eléctrica interna), se habla de medición potenciométrica con un sensor electroquímico.
Los sensores electroquímicos transmiten un voltaje que cambia con la concentración de iones hidronio del medio. Dependiendo del tipo de sensor y de la calidad de la calibración, se pueden conseguir exactitudes bastante superiores a ± 0,03 unidades de pH.
Los electrodos de vidrio de pH se caracterizan por su amplio rango de medición con elevadas precisiones y manejo sencillo y se pueden aplicar en muchas áreas ante todo. Otros ejemplos de electrodos son los electrodos de hidrógeno, de quinhidrona, de antimonio y de bismuto. Además, existen sensores de pH con tecnologías de semiconductores (ISFET’s), pero sus señales no las pueden evaluar los phmetros comunes.
Instrumentos de medición compactos:
Sistemas de medición:
Los electrodos de pH Testo patentados son electrodos combinados con sonda de temperatura integrada. Esto también permite realizar una medición de la temperatura además de registrar el pH utilizando electrodos de penetración. Como electrolito se utiliza un gel de polímero.
Los electrodos tienen una mayor duración que los electrodos comparables como consecuencia del tamaño del espacio interior (volumen de relleno).
Hoja informativa:
La calibración es la determinación y documentación de una desviación. Se compara la lectura con un valor nominal y se establece la desviación. El instrumento de medición todavía presenta el valor "erróneo" pero se conoce su desviación del valor fijado. En este caso, el término calibración se utiliza como término que incluye la calibración y el ajuste.
El ajuste es la fijación del instrumento de medición a la desviación determinada durante la calibración.
¿Por qué se deben hacer calibraciones?
La estructura interna de un electrodo de pH ha sido diseñada para que genere una tensión eléctrica de 0 mV con una solución de medición de pH 7,00. Esta se llama el punto cero. El punto cero real se desvía un poco de éste. Por lo tanto, el electrodo suministra un voltaje que se desvia ligeramente (por ejemplo, +5 mV) a pH 7,00.
Una razón para ello es el envejecimiento de los electrodos de pH. Por lo tanto se realiza una compensación del punto cero para esta finalidad, durante la calibración.
El cambio de tensión por unidad de pH (mV/pH) se llama la pendiente. Ésta también depende del estado del electrodo de pH. Como el punto cero y su pendiente pueden cambiar por las condiciones de medición externas así como por el proceso natural de envejecimiento, un electrodo de pH se debe calibrar de forma regular.
¿Cómo se hace una calibración?
La tensión del punto cero (mV) así como la pendiente (mV/pH) de un electrodo de pH se determinan mediante la calibración y se guardan en el instrumento de medición. Sólo entonces cada tensión medida puede tener asignada un valor de pH. Para esta finalidad se debe sumergir una sonda en las soluciones buffer de pH respectivas.
Se debe tener en cuenta que la temperatura tiene influencia sobre el pH. Para esta finalidad es importante que se conozca y guarde en el instrumento la variación exacta de la temperatura de los buffer de pH utilizados. Además, la temperatura real se debe traspasar al instrumento de medición. Esto se puede efectuar automáticamente con una sonda de temperatura o manualmente realizando una introducción usando el teclado.
¿Cuándo se debe realizar la calibración?
La calibración se debe repetir tan pronto como la comprobación con un pH estándar muestre que la lectura indicada por el instrumento de medición no corresponde con el valor impreso en la solución buffer.
Se debe tener en cuenta la exactitud requerida obtenida en la medida.
Ahora acaba de finalizar el capítulo Diseño y funcionamiento.
¿Recuerda los conceptos más importantes? Intente responder para Ud. las siguientes preguntas, y recorra nuevamente el capítulo si tiene dudas...
Preguntas:
Un patrón es una norma elaborada por un organismo de normalización tal como el Instituto Alemán de Normas o la Organización Internacional para la Estandarización.
Antes de la puesta en servicio, en primer lugar se debe comprobar visualmente el estado sin problemas del instrumento de medición así como de los electrodos (nivel de líquido, vidrio roto, tapón de cierre).
Si es necesario se debe calibrar el sistema de medición con arreglo a las instrucciones del fabricante. Se debe hacer la comprobación de que el electrodo y el instrumento han sido seleccionados correctamente para la aplicación.
En primer lugar se conecta el electrodo al pHmetro (no aplica con electrodos fijos). Luego se debe lavar el electrodo con agua y se seca con una toalla, pero sin frotar. Frotar puede generar cargas eléctricas en la membrana de vidrio y provocará retardos en la visualización.
El proceso de medición:
Si el electrodo ha sido preparado, luego se sumerge en la solución a medir, se agita un poco y luego se deja reposar. Al hacerlo se debe sumergir el electrodo para que al menos un diafragma esté cubierto por la solución.
Se pueden observar diferentes valores de pH en soluciones agitadas y en reposo; normalmente, los valores de pH "imperturbables" son más exactos. Ello se debe a que la tensión generada en la solución durante la agitación influye sobre el resultado de la medición de forma negativa.
Tan pronto como se ha alcanzado una lectura estable (por ejemplo, con la ayuda de una función "Hold" automática), lea el valor, imprímalo y guarde o transmítalo directamente al ordenador. Entonces finaliza la medición.
Después de la medición aclare el electrodo con agua corriente y guárdelo con arreglo a las instrucciones del fabricante.
Error de medición:
Como ya se ha mencionado, muchos factores influyen sobre la medición del pH. Estos factores se originan químicamente (impurezas) o físicamente (influencias mecánicas tales como grietas en la membrana de vidrio) o son el resultado de errores de la medición y el envejecimiento del electrodo.
Las aplicaciones típicas para mediciones de pH se encuentran en muchos campos. A continuación se indican unas pocas de estas aplicaciones.
Aplicaciones:
Hola!!
En este módulo de formación, después de una breve introducción a los fundamentos químicos de las grasas, lo informaremos acerca de la tecnología de medición y de los métodos de medición individuales. Esto va seguido por la estructura y el funcionamiento del medidor de aceite de cocinar testo 265 (predecesor del testo 270), el procedimiento del proceso de medición y las aplicaciones típicas. El módulo de formación se cierra con un test interactivo de conocimientos.
Inicie el capítulo con la flecha de abajo a la derecha.
Recorrer la totalidad de este módulo le insumirá aprox. 60 minutos.
Las grasas se definen como sigue:
Todas las grasas, sean animales, vegetales, líquidas o sólidas, tienen la misma estructura.
La molécula de grasa siempre contiene glicerina (un alcohol). Tres ácidos grasos (cadenas hidrocarbonadas) están fijados a la molécula de glicerina.
La denominación química de las grasas es, por ello, triglicéridos.
Si los ácidos grasos son diferentes, también se hace referencia a esto como triglicéridos mixtos.
Info:
Las grasas y aceites son sustancias insolubles en agua, de consistencia líquida o sólida. Las grasas que todavía son líquidas a temperaturas inferiores a 20 °C se denominan generalmente como aceites.
El gráfico anterior muestra un triglicérido. Los átomos de carbono naranjas que están alineados próximos entre sí y se muestran como bolas, forman los ácidos grasos junto con los átomos de oxígeno que se muestran como bolas azules. Las bolas amarillas más grandes forman la glicerina junto con los átomos de hidrógeno que están marcados en rojo.
Ácidos grasos típicos son:
- ácido oleico
- ácido esteárico
- ácido linoleico
- ácido linolénico
Los ácidos grasos están compuestos por una cadena de átomos de carbono (C) formando una cadena a la cual se adjuntan los átomos de hidrógeno (H).
La clasificación da lugar a:
Clasificación con arreglo al grado de saturación
Ácidos grasos saturados:
son ácidos grasos que no tienen dobles enlaces entre los átomos de C
Ácidos grasos insaturados:
aquí se diferencia entre los ácidos grasos monoinsaturados y los poliinsaturados
Esto, no obstante, no es tan complicado como pudiera parecer.
Las páginas siguientes le mostrarán la estructura usando un gráfico.
Ácidos grasos saturados son los ácidos grasos que no tienen dobles enlaces entre los átomos de carbono (C).
Si están unidos a la cadena el número máximo de átomos de hidrógeno que pueden llevar las cadenas carbonadas, las cadenas se describen como "saturadas". Son "saturadas e inertes" y por consiguiente, estables.
Info:
Las grasas con un gran número de ácidos grasos saturados son sólidas a temperatura ambiente.
Los enlaces sencillos entre dos átomos de carbono (C-C) pueden girar libremente.
Por consiguiente la molécula del ácido graso es extremadamente móvil y las cadenas carbonadas de los ácidos grasos pueden disponerse en líneas rectas y ocupar menos espacio.
Por esta razón, las grasas con un gran número de ácidos grasos saturados son sólidas a temperatura ambiente. Por lo que respecta a su uso, esto significa que pueden soportar altas temperaturas y se pueden conservar durante largo tiempo.
Debido a su reactividad inerte, las grasas con un elevado porcentaje de ácidos grasos saturados son preferidas como grasas para freír.
Incidencia: Se encuentran principalmente en las grasas animales.
A los ácidos grasos monoinsaturados les faltan dos átomos de hidrógeno (H), lo que significa que las dos ramas libres se unen y forman una segunda unión de los átomos de carbono (C) que se denomina como "doble enlace".
Info:
Los ácidos grasos monoinsaturados poseen precisamente un doble enlace entre los átomos de carbono (de la cadena)
Incidencia: Los ácidos grasos monoinsaturados se encuentran principalmente en
Ácidos grasos monoinsaturados:
Aquí faltan dos átomos de hidrógeno, lo que significa< que las dos ramas libres se unen y forman un segundo enlace entre los dos átomos de carbono que se denomina como "doble enlace".
A los ácidos grasos poliinsaturados les faltan dos o varios pares de átomos de hidrógeno. Esto permite que se creen varios dobles enlaces entre los átomos de C.
Cuantos más dobles enlaces haya, más insaturados y reactivos son los ácidos grasos.
info:
Cuanto más larga es la cadena y más dobles enlaces haya, menor es la temperatura a la que las grasas se convierten en líquido.
Incidencia: los ácidos grasos poliinsaturados se encuentran principalmente en los aceites vegetales.
Rango de fusión: Las grasas que están compuestas en gran medida por ácidos grasos monoinsaturados y poliinsaturados tienen un rango de fusión menor que las grasas con un gran número de ácidos grasos saturados y, por consiguiente, son liquidas a temperatura ambiente.
Envejecimiento de la grasa: Las grasas con una proporción más alta de ácidos grasos monoinsaturados y poliinsaturados son más propensas al envejecimiento de la grasa que los ácidos grasos saturados, debido a los dobles enlaces y no son, por consiguiente, muy adecuadas como grasas para freír.
Durante el proceso de fritura, los ácidos grasos se separan del resto de glicerina como resultado de diferentes reacciones. Además de ácidos grasos libres, algunas de las sustancias producidas son monoglicéridos y diglicéridos, polímeros de triglicéridos o productos de la degradación oxidativa, tales como aldehídos y cetonas.
Se agrupan bajo el término materiales polares totales, MPT para abreviar (Materiales Polares Totales) ó TPM (Total Polar Materials, en inglés), y se usan como comparación para medir la velocidad de descomposición de la grasa.
Info: ¡Los MPT se usan como comparación para medir la velocidad de descomposición de la grasa.
"Los “materiales polares totales" (MPT) tienen influencia sobre:
La fritura es un proceso de deshidratación en el que las sustancias solubles en agua se extraen del producto que se fríe y se traspasan a la grasa de cocinar.
Al mismo tiempo, el producto que se fríe absorbe la grasa que le rodea.
Cuando el producto a freír se sumerge en la grasa caliente (aproximadamente a 170 °C), el agua se evapora por los poros del producto y primero genera un recubrimiento de vapor de agua que recubre los productos a freír.
El agua expulsada se transporta a la superficie por la grasa y se evapora aquí.
El recubrimiento de vapor que rodea al producto impide que la grasa penetre demasiado rápido.
Si el contenido en agua del producto disminuye, entonces se reduce el recubrimiento de vapor protector y la grasa caliente puede entrar a través de los poros y se cocerá el centro del producto a freír.
Al mismo tiempo la temperatura en la superficie del producto a freír aumenta y produce el empardamiento. (Reacción de Maillard)
Dependiendo de la calidad y edad de la grasa, este procedimiento puede suceder con mayor o menor rapidez y, por consiguiente, influye sobre la calidad de los productos a freír.
La extracción rápida del agua:
Si el agua escapa con demasiada rapidez (con grasas más viejas), puede entrar más grasa a través de los poros y cocerse demasiado el producto frito. (por ejemplo, patas fritas huecas).
La extracción lenta del agua:
Si la extracción del agua es muy lenta (con grasa fresca) entonces la costra se cocina con mucha rapidez y no permite que se evapore el agua suficiente del centro (por ejemplo, patatas fritas blandas).
Dependiendo de su composición y de las diversas influencias externas, las grasas están constantemente expuestas a reacciones químicas (tales como oxidación, polimerización e hidrólisis).
Estas reacciones pueden producirse con mayor o menor rapidez dependiendo de la composición.
Esto conduce a un aumento en la proporción de los materiales polares (MPT).
1-14% MPT: Al inicio, la grasa es fresca y los materiales polares así como los aromas de fritura son casi inexistentes. La extracción de agua es baja. El aceite es claro y es más viscoso.
14-22% MPT: ¡Este es el rango de fritura óptimo! Hay una proporción equilibrada de aromas de fritura y materiales polares. La extracción de agua es ideal. El aceite tiene color claro.
Más del 22% MPT: El agua se extrae muy rápidamente debido a la elevada proporción de materiales polares. Cuanto más rápidamente abandona el agua la grasa, más prolongado es el contacto entre la grasa y el producto que se fríe. Esto quema los productos a freír con mucha rapidez.
El color del aceite se oscurece.
Info: El aceite en la freidora solamente se cambia parcialmente para poder obtener un óptimo de materiales polares y aromas de fritura. Este procedimiento se denomina fritura optimizada.
Ya ha llegado al final del capítulo Fundamentos físicos para la medición del aceite de cocinar. Ha experimentado bastante con las grasas.
Aquí hay otro breve resumen:
Definición de grasas:
Estructura
Todas las grasas tienen la misma estructura.
La molécula de grasa está compuesta por una molécula de glicerina (alcohol) a la que están unidos tres ácidos grasos (cadenas hidrocarbonadas).
Diferentes ácidos grasos:
Ácidos grasos saturados:
son ácidos grasos que no tienen dobles enlaces entre los átomos de C
Ácidos grasos monoinsaturados:
Aquí faltan dos átomos de hidrógeno (H) y esto da lugar a que posean un doble enlace entre los átomos de C.
Ácidos grasos poliinsaturados:
Faltan varios pares de átomos (H), por consiguiente, dos o más dobles enlaces entre los átomos de carbono de la cadena.
Proceso de fritura, ciclo de vida de la grasa:
Ácidos grasos al freír:
Los restos de glicerina se separan, se generan otros productos además de los ácidos grasos que se pueden reunir como MPT (Materiales polares totales).
Las MPT, son la referencia para medir la velocidad de descomposición de la grasa.
El proceso de fritura, dependiendo de la calidad y edad de la grasa, este proceso puede producirse con mayor o menor rapidez, esto influye sobre la calidad de los productos fritos.
Ciclo de vida de la grasa (subdivido en 3 fases):
1-14 % MPT: grasa fresca, sin aromas de fritura todavía y sin materiales polares
14-22 % MPT: rango óptimo
> 22 % MPT muy elevada proporción de materiales polares, las condiciones de la grasa empeoran y ya no es adecuada para el consumo
El elemento central de las directivas alimentarias en la UE es la CE 852/2004 (Reglamento referente a la higiene alimentaria) que considera a la persona de la industria alimentaria un elemento central.
Según esta directiva, se deben controlar todos los parámetros que son importantes para la calidad de los alimentos.
Esta es la razón por la que se realizan inspecciones en la mayoría de los países. Además de la temperatura de, por ejemplo, la carne, el pescado, etc. también se comprueba la calidad del aceite de cocinar.
Info: No existen directivas equivalentes en todos los países.
La reglamentación referente al aceite de cocinar difiere de un país a otro. No obstante, entretanto muchos países han publicado directivas que especifican que la calidad del aceite de cocinar se compruebe de forma regular.
Los componentes importantes de la grasa que se pueden usar internacionalmente para evaluar la calidad de la grasa.
A partir de los diferentes componentes de la grasa (triglicéridos, polímeros, aldehídos, cetonas, monoglicéridos, diglicéridos), los ácidos grasos libres (FFA) y TPM se utilizan principalmente para determinar la calidad.
=> FFA (Ácidos grasos libres) y
=> TPM (Materiales polares totales)
Info: El valor TPM es más adecuado para usarse como patrón variable que el parámetro FFA porque la proporción de estos ácidos grasos libres se modifica durante los procesos de fritura.
FFA (Ácidos grasos libres):
Los ácidos grasos libres son una medida del cambio en una grasa a temperatura ambiente y son adecuados como parámetro para determinar la edad de la grasa sin utilizar.
TPM (Materiales polares totales):
El valor TPM es un término general para la proporción de ácidos grasos libres, monoglicéridos y diglicéridos así como un gran número de otros productos de oxidación. Como la proporción de estos ácidos grasos libres se modifica durante los procesos de fritura, es más adecuado el valor TPM para usarlo como patrón variable que el parámetro FFA. Se puede establecer un rango de fritura óptimo usando la medida de las TPM.
El parámetro % TPM también se puede medir electrónicamente hoy día usando instrumentos de medición electrónicos.
Clasificación de los valores TPM para el envejecimiento de la grasa
Porcentaje de |
Clasificación |
inferior a 1-14% TPM |
grasa de cocinar fresca |
14-18% TPM |
ligeramente usada |
18-22% TPM |
Usada, pero correcta |
22-24% TPM |
Muy usada. |
Superior a 24% TPM |
Grasa de cocinar gastada |
El umbral de descomposición de la grasa depende de la reglamentación del país respectivo.
Varía entre el 24 % y el 30 % de TPM, dependiendo del país
LED de visualización del Testo 270
Los materiales polares se determinan en un laboratorio usando cromatografía en columna.
Sin embargo, este método químico es un patrón de laboratorio que no se puede utilizar en empresas alimentarias o en restaurantes.
Info: En muchos países, la cromatografía en columna está prescrita como el método reglamentario para medir los TPM. Por consiguiente, se utiliza con frecuencia como método de referencia para todos los instrumentos que miden el contenido de TPM.
Cromatografía en columna:
Mide los materiales polares mediante adsorción. La grasa se coloca en un producto químico humectante que retiene los materiales polares cuando pasa a través del embudo. La grasa con materiales no polares se recoge y se pesa. La diferencia de peso comparada con la muestra inicial indica el valor TPM.
Inconveniente:
Además de la cromatografía en columna, la medición capacitiva es otra forma de medir los materiales polares totales.
Se basa en una medición de la constante dieléctrica.
La medición de los materiales polares se realiza basándose en la capacidad de carga de un condensador (sensor).
Para esta finalidad se aplica una tensión a ambas placas del condensador. (Las placas del condensador se cargan hasta que se alcanza una determinada cantidad de carga eléctrica). Una vez cargado el condensador, tiene una determinada capacidad. Esta depende del dieléctrico, en este caso, el aceite.
Cuantos más materiales polares contenga el aceite de cocinar, mayor será la capacidad del condensador. Este cambio en la capacidad se convierte y se muestra como un valor de TPM.
Estructura del condensador:
El medidor de aceite de fritura testo 270 utiliza el principio de la medición capacitiva.
Hay tiras de ensayo que se usan para determinar los ácidos grasos libres (FFA).
Son la única posibilidad para medir los ácidos grasos libres parecida al método químico de laboratorio.
Las tiras de ensayo solamente se pueden usar una vez.
Info: Medir los ácidos grasos libres solamente es viable si la grasa aún no ha sido calentada.
Los ácidos grasos libres en una grasa que no se ha calentado todavía se pueden medir usando una varilla de ensayo. A la varilla de ensayo se aplica un colorante que cambia de color según el contenido de ácidos grasos libres. El valor de FFA se determina comparando posteriormente con una escala de colores.
Diseño y funcionamiento del medidor de aceite de cocinar testo 265 (o su sucesor, testo 270)
La medición del valor TPM se realiza usando un condensador. Los materiales polares se pueden medir usando esto. Se usa un material cerámico como material portador del sensor, sobre el que se han fijado las tiras de oro conductoras del condensador. Además del valor TPM, se mide la temperatura usando un sensor de temperatura. Ambos valores se mostrarán en la pantalla.
Ahora ha llegado al final del segundo capítulo de la medición de aceite de cocinar.
Después de trabajar en el capítulo diseño y funcionamiento, se habrá familiarizado con dos parámetros de medición y con métodos de medición diferentes.
Dos parámetros a medir FFA + TPM:
AGL (ácidos grasos libres)
Los ácidos grasos libres son una medida del cambio en una grasa a temperatura ambiente
Parámetro para determinar la edad de una grasa sin utilizar.
MPT (Materiales polares totales)
En la grasa se producen diversas sustancias de degradación como resultado de diferentes reacciones.
Se denominan como TPM.
Los TPM tienen efecto sobre
Diferentes métodos de medición:
Diseño y funcionamiento del testo 265/testo 270:
Proceso de medición:
Profundidad de inmersión: La sonda se debe sumergir en la grasa hasta la marca entre Min/Max.
Temp. durante el proceso de medición: La temperatura de la grasa no debe ser inferior a 40 °C y no debe superar una temperatura máxima de 210 °C para realizar una medición exacta.
La pantalla parpadea si el valor es inferior o se supera (una vez).
Visualización del valor: El tiempo t99 se alcanza después de 10 segundos.
Se consigue un valor rápido y seguro agitando ligeramente la sonda en la grasa.
Info: Se pueden realizar varias mediciones en diferentes baños de aceite, una tras otra, sin ningún problema.
Antes de realizar la medición, retire el cestillo de la freidora y espere el menos 15 minutos; esto impide que el agua permanezca en el aceite de cocinar.
El sensor se debe limpiar usando agua caliente:
No utilizar una esponja o producto para limpieza ya que hay peligro de deteriorar el sensor.
Importante: No deben quedar en el sensor residuos de grasa, para que el sensor no se pegue y de lugar a mediciones inexactas.
Se pueden encontrar aplicaciones típicas en todos los campos del área alimentaria.
Aplicaciones típicas:
Principalmente, se pueden medir todas las grasas que han sido declaradas como aceites de cocinar.
Las grasas siguientes (o mezclas de las mismas) se pueden medir sin ningún problema:
Info: Los aditivos del aceite pueden cambiar sus propiedades y pueden dar lugar a que se visualicen diferentes valores.
No se pueden medir las siguientes grasas:
Con el aceite de girasol, se debe seleccionar una variedad cultivada especialmente para freír. (La llamada Aceite de Girasol Alto en Oleico = HOSFO)
Enlaces:
[1] http://www.epa.gov/etv/verifications/vcenter1-26.html