CELDA PARA MEDIR LA CONDUCTIVIDAD DE FLUIDOS.
Una celda para medir la conductividad de un fluido destinada a instalarse en una tubería de circulación para dicho fluido y que comprende dos electrodos (2,
3) coaxiales y cilíndricos montados de forma enfrentada y que se solapan axialmente sobre el mismo cuerpo de componente de material aislante, uno de cuyos electrodos (2, 3), al que se hace referencia como el electrodo interior (3), penetra parcialmente en el otro electrodo al menos parcialmente hueco, al que se hace referencia como el electrodo exterior (2), cuya celda se caracteriza porque el cuerpo (1) comprende un rebajo (10) por medio del cual los dos electrodos (2, 3) se acomodan de tal manera que formen dos espacios cilíndricos, uno de los cuales es un espacio externo (6) formado entre la pared interna (23) del rebajo (10) y la pared externa (24) del electrodo externo (2) y el otro de los cuales es un espacio interno (7) formado entre la pared externa (20) del electrodo interno (3) y la pared interna (19) del electrodo externo (2), cuyo espacio externo (6) establece comunicación entre una admisión de fluido y una descarga de fluido (11a, 11b) de la celda, cada uno descargando en el interior del rebajo (10) y estando en comunicación para paso de fluido con el espacio interno (7) que circunda, sirviendo este espacio interno (7) como una zona para medir la conductividad
Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E05291000.
Solicitante: MILLIPORE CORPORATION.
Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.
Dirección: 290 CONCORD ROAD,,BILLERICA, MASSACHUSETTS 01821.
Inventor/es: GAIGNET, YVES.
Fecha de Publicación: .
Fecha Solicitud PCT: 10 de Mayo de 2005.
Fecha Concesión Europea: 30 de Septiembre de 2009.
Clasificación Internacional de Patentes:
- G01N27/07 FISICA. › G01 METROLOGIA; ENSAYOS. › G01N INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION DE SUS PROPIEDADES QUIMICAS O FISICAS (procedimientos de medida, de investigación o de análisis diferentes de los ensayos inmunológicos, en los que intervienen enzimas o microorganismos C12M, C12Q). › G01N 27/00 Investigación o análisis de materiales mediante el empleo de medios eléctricos, electroquímicos o magnéticos (G01N 3/00 - G01N 25/00 tienen prioridad; medida o ensayo de variables eléctricas o magnéticas o de las propiedades eléctricas o magnéticas de los materiales G01R). › Estructura de los recipientes de medida; Electrodos para estos recipientes.
Clasificación PCT:
- G01N27/07 G01N 27/00 […] › Estructura de los recipientes de medida; Electrodos para estos recipientes.
- G01R27/22 G01 […] › G01R MEDIDA DE VARIABLES ELECTRICAS; MEDIDA DE VARIABLES MAGNETICAS (indicación de la sintonización de circuitos resonantes H03J 3/12). › G01R 27/00 Dispositivos para realizar medidas de la resistencia, reactancia, impedancia, o de características eléctricas derivadas. › Medida de la resistencia de fluidos.
Clasificación antigua:
Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia, Ex República Yugoslava de Macedonia, Albania.
Fragmento de la descripción:
Celda para medir la conductividad de fluidos.
El presente invento se refiere al campo de la determinación de la pureza del agua midiendo su conductividad o resistividad (resistividad en ohmios.cm = 1/conductividad en Siemens.cm-1) y en particular a una celda para medir la conductividad con compensación térmica y unos electrodos cilíndricos coaxiales que se solapan axialmente que pueden instalarse en una tubería de agua cuya pureza se vaya a determinar. Sin embargo, el invento se aplica igualmente a la medición de la conductividad de cualquier otro fluido.
Muchas aplicaciones tecnológicas modernas requieren agua pura o ultrapura para su funcionamiento, en particular en las industrias químicas, farmacéuticas, médicas y electrónicas.
Totalmente aparte de los problemas en relación de asociación con la purificación del agua, es necesario perfeccionar las prestaciones de la instrumentación pata medir la calidad del agua purificada.
Una celda para medir la conductividad es un dispositivo que sirve para determinar la pureza iónica del agua. Este tipo de celda usa ventajosamente una de las propiedades del agua, a saber, el hecho de que la conductividad es proporcional a la concentración de los iones que contiene. A medida que aumenta la pureza del agua, su conductividad disminuye y su resistividad aumenta. De acuerdo con esto, para medir la conductividad del agua, se podía medir la resistencia eléctrica entre dos superficies conductivas espaciadas sumergidas en el agua cuya pureza se vaya a determinar. Conociendo la geometría de las superficies y la del espacio que existe entre ellas, es posible deducir a partir del valor medido de la resistencia, la conductividad del agua y en consecuencia su concentración de iones, y de ese modo determinar su pureza.
La resistencia eléctrica medida del agua depende de la geometría de la superficies y de la distancia entre los electrodos, que conjuntamente definen la constante de celda (constante de celda = distancia en cm/área en cm2). Cuanto menor sea la constante de celda, mayor será la precisión de la conductividad medida del agua pura o ultrapura. Las normas internacionales para esta aplicación recomiendan una constante comprendida entre 0,1 y 0,01.
Por tanto, resulta beneficioso minimizar esta constante. Hay dos opciones en el caso de celdas con electrodos cilíndricos que se solapen axialmente:
- - aumentar el área de los electrodos (es decir, la longitud y/o el diámetro de los electrodos), o bien
- - reducir el espacio intermedio entre el electrodo interior y el electrodo exterior.
Para pequeños caudales de agua, es preferible usar celdas pequeñas, y por tanto en este caso no se recomienda la primera de las dos opciones indicadas anteriormente.
Por consiguiente, para aumentar la precisión de una celda coaxial con electrodos cilíndricos, debe hacerse un intento para reducir el espacio entre los electrodos. La resistencia medida del agua contenida entre los electrodos en función de la relación entre el diámetro exterior del electrodo interior y el diámetro interior del electrodo exterior obedece a una ley logarítmica. Cuanto más separados estén los electrodos, mayor será la constante de celda y menos precisa será la medición.
Dada la naturaleza logarítmica de esta ley, es beneficioso no sólo reducir la distancia entre los dos electrodos, y por tanto la constante de celda, sino también, y lo que es más importante, en el contexto de la fabricación en serie, diseñar la celda de tal manera que todas las celdas fabricadas tengan una constante de celda similar; las celdas actuales satisfacen los criterios anteriormente indicados solamente en parte.
Además, el agua pura o ultrapura tiene una resistividad muy alta que viene definida en gran parte por la temperatura del agua. Para medir la conductividad correspondiente a esta resistividad se necesita conocer la temperatura del agua en el momento del análisis si hay que obtener un resultado preciso. Por tanto, las celdas para medir conductividad contienen en general un detector de temperatura adicionalmente a los electrodos.
El detector debe posicionarse de manera que se obtenga un tiempo de respuesta breve con el fin de que las resistencias eléctricas medidas entre los dos electrodos en un instante correspondan a la temperatura medida por dicho detector en el mismo instante.
Más aún, la mayoría de las celdas de conductividad se diseñan para montarse directamente en una tubería de agua, con el fin de determinar la conductividad del agua de una manera prácticamente continua.
Esto plantea dos problemas principales que en la actualidad se han solucionado sólo en parte, a saber, "zonas muertas" y pérdidas de carga.
En algunas celdas hay zonas en las que el agua se estanca ("zonas muertas"), causadas por ejemplo por montar la celda en una unión en T, especialmente en la zona de medición entre los electrodos. Por tanto, la resistividad no se mide en agua corriente, sino en agua que se ha estancado en la celda, lo cual por tanto no es representativo de la resistividad real del agua que circula a través de la celda. En consecuencia, es importante diseñar el espacio entre los dos electrodos de manera que se evite cualquier estancación de agua en ese lugar.
Dependiendo de la construcción de la celda, se observan también mayores o menores pérdidas de carga (caídas de presión) entre la admisión y la descarga de la celda cuando ésta se encuentre instalada en una tubería de agua. Lo mismo que cualquier instrumento de medición, la celda interfiere con su entorno. Por tanto, es necesario limitar sus efectos con el fin de no degradar las características de funcionamiento de la tubería de agua, especialmente si se ha diseñado para operar sin la celda.
La tecnología actual no provee medios para controlar con precisión las caídas de presión y la turbulencia del agua causadas por su paso a través de la celda, en particular porque todo el agua que pasa a través de la celda pasa entre los electrodos.
Además, las celdas actuales a menudo son de una construcción y un montaje complejos, en el sentido de que deben integrar las diversas limitaciones anteriormente citadas, lo cual impone el uso de cierres herméticos, racores roscados y superficies de apoyo adicionales de centrado para posicionar los electrodos con precisión, lo cual aumenta su coste unitario y el tiempo de montaje.
El dispositivo descrito en el documento GB 2 210 459 usa juntas tóricas no sólo como cierres herméticos, sino también para centrar el electrodo interior con respecto al electrodo exterior. Desde el punto de vista del diseño mecánico, una junta tórica es incapaz de proveer una función de centrado correctamente, en especial si la precisión de esta última función afecta a la constante de celda y por tanto a las características de funcionamiento de la celda. Más aún, el uso de cierres herméticos y de roscas mecanizadas aumenta los costes de fabricación de la celda.
La patente de EE.UU. Nº 4.767.995 describe una celda para medir la conductividad que es ajustable para permitirle adaptarse a diversos órdenes de magnitud de media. El ajuste se efectúa por medio de un vástago roscado que desplaza al electrodo cilíndrico interior en un movimiento de traslación en un taladro interior para penetrar a mayor o menor profundidad en el interior del electrodo exterior. Debido a su diseño, esta celda no puede proporcionar suficiente fiabilidad de la constante de celda entre dos mediciones, puesto que es difícil retornar al electrodo interior hasta exactamente la misma posición con respecto al electrodo exterior. Las mediciones efectuadas con este tipo de celda son menos precisas que las que se efectúan usando celdas no ajustables. Además, esta celda emplea un gran número de componentes complejos que necesitan mecanizado, ajuste, roscas externas, roscas internas, y cierres herméticos para las partes móviles, y por consiguiente su fabricación es costosa.
Finalmente, lo mismo que en los dos documentos anteriormente indicados, la patente de EE.UU. Nº 3.916.300 describe una celda con electrodos cilíndricos concéntricos ensamblados mediante tapas roscadas y centrados mediante partes fijadas y ajustadas a los electrodos, lo cual aumenta su coste por las razones anteriormente enunciadas.
Por último, hay que hacer notar que, en los tres documentos citados, todo el agua que entra en la celda pasa entre los dos electrodos, lo cual origina pérdidas de carga...
Reivindicaciones:
1. Una celda para medir la conductividad de un fluido destinada a instalarse en una tubería de circulación para dicho fluido y que comprende dos electrodos (2, 3) coaxiales y cilíndricos montados de forma enfrentada y que se solapan axialmente sobre el mismo cuerpo de componente de material aislante, uno de cuyos electrodos (2, 3), al que se hace referencia como el electrodo interior (3), penetra parcialmente en el otro electrodo al menos parcialmente hueco, al que se hace referencia como el electrodo exterior (2), cuya celda se caracteriza porque el cuerpo (1) comprende un rebajo (10) por medio del cual los dos electrodos (2, 3) se acomodan de tal manera que formen dos espacios cilíndricos, uno de los cuales es un espacio externo (6) formado entre la pared interna (23) del rebajo (10) y la pared externa (24) del electrodo externo (2) y el otro de los cuales es un espacio interno (7) formado entre la pared externa (20) del electrodo interno (3) y la pared interna (19) del electrodo externo (2), cuyo espacio externo (6) establece comunicación entre una admisión de fluido y una descarga de fluido (11a, 11b) de la celda, cada uno descargando en el interior del rebajo (10) y estando en comunicación para paso de fluido con el espacio interno (7) que circunda, sirviendo este espacio interno (7) como una zona para medir la conductividad.
2. Una celda según la reivindicación 1, caracterizada porque los electrodos (2, 3) se instalan a presión en el interior del rebajo (10) del cuerpo (1) que se abre al exterior en cada extremo.
3. Una celda según la reivindicación 2, caracterizada porque el anclaje entre los electrodos (2, 3) y el cuerpo (1) se provee por medio de al menos un collarín (21a, 21b) de perfil triangular provisto en un tramo de anclaje de cada uno de los electrodos (2, 3).
4. Una celda según la reivindicación 3, caracterizada porque el tramo de anclaje de cada uno delos electrodos comprende una acanaladura (22a, 22b) paralela al collarín.
5. Una celda según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el electrodo externo (2) tiene, en el extremo ciego de un tramo hueco de medición que forma la pared externa del espacio interno (7) y que extiende el tramo de anclaje del electrodo externo (2), unas aberturas (9) que permiten que el tramo de medición comunique con el espacio externo (6).
6. Una celda según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque en el cuerpo se ha practicado una cavidad, que preferiblemente se abre al exterior de la celda, de tal manera que sea posible alojar en la misma un detector (4a) de temperatura destinado a entrar en contacto con el fluido cuya conductividad se vaya a medir, o bien el electrodo interno es hueco con el fin de que pueda alojar en el mismo un detector de temperatura.
7. Una celda según la reivindicación 6, caracterizada porque el detector se soporta mediante un soporte (4b) que preferiblemente tiene un resalte (14) destinado a cooperar con un resalte complementario (13) del cuerpo para sujetar el detector al cuerpo.
8. Una celda de acuerdo con las reivindicaciones 6 ó 7, caracterizada porque el detector de temperatura es del tipo termistor o del tipo de sonda de platino.
9. Una celda según las reivindicaciones 7 ú 8, caracterizada porque el soporte toma la forma de un dedo de guante de protección para el detector.
10. Una celda según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 9, caracterizada porque la admisión de fluido está en un extremo longitudinal del tramo de medición del electrodo externo, y la descarga de fluido se encuentra en el extremo opuesto del tramo de medición.
11. Una celda según la reivindicación 10, caracterizada porque la admisión de fluido y la descarga de fluido están espaciadas angularmente, preferiblemente a 180º.
12. Una celda según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizada porque el electrodo interno es un electrodo macizo.
13. Una celda según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizada porque las admisiones y descargas de fluido y, cuando sea aplicable, la cavidad que aloja al detector, están formadas en unos apéndices que se extienden transversalmente a un eje de simetría del rebajo.
14. Una celda según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizada porque los electrodos comprenden terminales idénticos (8a, 8b) de conexión eléctrica.
15. Un dispositivo para transportar, tratar o controlar un fluido, caracterizado porque comprende una celda para medir la conductividad según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14.
16. Un dispositivo según la reivindicación 15, caracterizado porque el cuerpo de la celda para medir la conductividad forma una sola pieza con el dispositivo.
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