Un densímetro es un dispositivo que mide la densidad de un objeto o material. La densidad suele abreviarse como o . Normalmente, la densidad tiene las unidades de o . El principio más básico de cómo se calcula la densidad es mediante la fórmula:
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Muchos densímetros pueden medir tanto la parte húmeda como la parte seca de una muestra. La parte húmeda comprende la densidad de todos los líquidos presentes en la muestra. Los sólidos secos comprenden únicamente la densidad de los sólidos presentes en la muestra.
Un densímetro no mide directamente la gravedad específica de una muestra. Sin embargo, la gravedad específica se puede inferir a partir de un densímetro. La gravedad específica se define como la densidad de una muestra en comparación con la densidad de una referencia. La densidad de referencia es típicamente la del agua. La gravedad específica se obtiene mediante la siguiente ecuación:
Dónde:
Los densímetros vienen en muchas variedades. Los diferentes tipos incluyen: nuclear , Coriolis , ultrasonido, microondas y gravítico . Cada tipo mide la densidad de manera diferente. Cada tipo tiene sus ventajas y desventajas.
Los densímetros tienen muchas aplicaciones en diversas partes de diversas industrias. Los densímetros se utilizan para medir lodos , fangos y otros líquidos que fluyen a través de tuberías. Industrias como la minería , el dragado , el tratamiento de aguas residuales , el papel, el petróleo y el gas utilizan densímetros en varios puntos durante sus respectivos procesos.
Los densímetros Coriolis, también conocidos como medidores de flujo másico o medidores de flujo inercial , funcionan según el principio de vibración para medir los cambios de fase en la vibración de un tubo de pared delgada doblado. El tubo de pared delgada doblado gira alrededor de un eje central. Cuando no hay masa en la sección doblada, el tubo permanece sin torcer. Sin embargo, cuando la densidad dentro de la sección doblada aumenta, la parte de flujo entrante del tubo doblado se arrastra detrás de la parte de flujo saliente. Esta torsión provoca cambios de fase que dan como resultado cambios en la frecuencia de resonancia del tubo de pared delgada. Por lo tanto, la frecuencia de resonancia se ve afectada directamente por la densidad. Los medios de mayor densidad provocan un efecto Coriolis mayor si el caudal volumétrico es constante. Los medios que fluyen provocan un cambio de frecuencia y de fase del tubo doblado, que son proporcionales al caudal másico de la muestra.
Los medidores Coriolis miden el caudal másico del sistema. No miden el caudal volumétrico. Sin embargo, se puede inferir un caudal volumétrico a partir de la medición del caudal másico. Estas mediciones están restringidas a diámetros pequeños para tubos de caudal. Sin embargo, esta técnica de medición da como resultado una alta precisión y alta repetibilidad. Los medidores Coriolis también tienen un tiempo de respuesta rápido.
Los medidores Coriolis deben calibrarse para temperatura y presión. Los puntos cero de estos valores se utilizan para calibrar el sistema. Los medidores Coriolis no se pueden calibrar mientras están en uso. La diferencia de amplitud se utiliza para ver cómo han cambiado la temperatura y la presión.
Los densímetros nucleares funcionan según el principio de medición de la radiación gamma. La radiación gamma se emite desde una fuente. Esta fuente es típicamente cesio-137 (vida media: ~30 años). La radiación es vista por un dispositivo centelleador. La radiación se convierte en destellos de luz. Se cuenta el número de destellos de luz. La radiación que es absorbida por la masa no es vista por el dispositivo centelleador. Por lo tanto, la densidad del medio es inversamente proporcional a la radiación capturada y vista por el centelleador.
Los densímetros nucleares tienen un alcance limitado a lo que se ve mediante el haz de radiación gamma. El tamaño de la muestra es una única columna delgada con una longitud longitudinal pequeña.
Los equipos nucleares requieren personal certificado y autorizado para operar los instrumentos. [1]
Los densímetros de microondas tienen varias formas de medir qué sólidos hay en la muestra. Todos los medidores de microondas miden las microondas, pero algunos utilizan métodos diferentes, como la medición del cambio de velocidad de propagación de las microondas, la reducción de la amplitud, el tiempo de vuelo, la diferencia de fase única o el cambio de fase dual. Cada técnica tiene ciertas precisiones. [2]
Algunos medidores de microondas utilizan una sonda de cerámica que se inserta directamente en la muestra. Esto permite que el medidor tenga contacto directo con la muestra en cuestión. Sin embargo, esto limita los tipos de lodos y fangos que pueden fluir a través de la tubería. Los lodos abrasivos con partículas pueden dañar la sonda del sensor.
Los medidores de microondas también están limitados a líquidos con constantes dieléctricas invariables. El porcentaje de sólidos de la suspensión afecta la constante dieléctrica de toda la muestra. Por lo general, un porcentaje de sólidos superior al 20 % genera grandes errores. Se producen inconsistencias similares con diámetros de tubería grandes.
Los medidores de microondas son muy buenos para detectar sólidos disueltos. Los medidores de microondas detectan fácilmente las soluciones homogéneas, lo que los hace adecuados para aplicaciones en las que la solución es uniforme y no abrasiva.
Los densímetros ultrasónicos funcionan según varios principios para calcular la densidad. Uno de los métodos es el principio del tiempo de tránsito (también conocido como principio del tiempo de vuelo). Con esta técnica, normalmente se instala un sensor en la tubería, que tiene un transmisor ultrasónico y un receptor ultrasónico en una sola construcción. El densímetro ultrasónico calcula la velocidad del sonido utilizando la distancia conocida entre el transmisor y el receptor y el tiempo de tránsito medido. El instrumento de medición ahora puede calcular la densidad, ya que depende de la velocidad del sonido. [3]
Otro método que se utiliza en los medidores ultrasónicos es el método de promedio de energía envolvente. Este método se basa no solo en la amplitud de la señal, sino también en la forma de la misma. Estos paquetes de información se denominan envolventes.
Los medidores ultrasónicos Doppler miden el caudal de la suspensión cuando la concentración de sólidos en la suspensión es superior a 100 ppm y las partículas suspendidas tienen un diámetro superior a 100 micrones. Sin embargo, el método Doppler solo funciona con concentraciones inferiores al 10 % de sólidos. [4]
La temperatura afecta la densidad de los fluidos. En la mayoría de los casos, un aumento de la temperatura indica que la densidad del medio disminuirá. Esto indica que la temperatura y la densidad son inversamente proporcionales entre sí. La temperatura también afecta a los propios medidores. Los medidores de caudal másico tienen diferentes frecuencias de resonancia a diferentes temperaturas.
La presión modifica la rigidez del tubo de caudal másico. La presión afecta la rigidez de los medidores gravimétricos.
La vibración del ruido de la planta se puede filtrar. La vibración es evidente en los medidores de microondas, ultrasónicos, gravimétricos y Coriolis. La vibración hace que estos tipos de medidores acumulen errores.
Los medidores Coriolis tienen compensaciones por picaduras, grietas, recubrimientos, erosión y corrosión. Estos daños afectan la forma en que resuena el tubo. Estos cambios afectan la línea base. Las compensaciones no se pueden realizar de forma dinámica. Estos daños suelen provocar desviaciones que se pueden agregar a los factores de calibración existentes que garantizarán que se siga adquiriendo una lectura consistente.
