ES2259898A1 - Sistema automatizado y procedimiento para el estudio de propiedades de transporte de fluidos en materiales porosos. - Google Patents
Sistema automatizado y procedimiento para el estudio de propiedades de transporte de fluidos en materiales porosos.Info
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Abstract
Sistema automatizado y procedimiento para el estudio de propiedades de transporte de fluidos en materiales porosos. El objeto de esta patente es el desarrollo tanto de un sistema instrumental como de un procedimiento para el desarrollo de medidas de propiedades de transporte de fluidos en materiales porosos. El sistema que se presenta es un sistema completamente automatizado, controlado por ordenador que permite desarrollar de forma continua las medidas indicadas anteriormente. Esta automatización permite que el sistema solucione las fuentes de error de las metodologías clásicas para desarrollar este tipo de medidas, derivadas de un procedimiento de trabajo prácticamente artesanal. Los principales componentes del sistema son: un subsistema de termostatización (1), la cámara de muestras (2), el subsistema para el trasvase de fluido de interacción (3), el subsistema electrónico de control (4), un conjunto de portamuestras (5), el subsistema de pesada (6) y un subsistema informatizado de medición y control (7).
Description
Sistema automatizado y procedimiento para el
estudio de propiedades de transporte de fluidos en materiales
porosos.
- \bullet
- Materiales de construcción. Código NABS: 0 720.
- \bullet
- Higiene. Código NABS: 0 450.
- \bullet
- Industria alimenticia. Código NABS: 0 791.
Cuando un material poroso se pone en contacto con
un fluido líquido pueden ocurrir diferentes procesos
químico-físicos en función de la interacción que se
produzca entre ambos. Estos procesos se conocen como propiedades de
sorción. La caracterización numérica de este tipo de medidas
representan un factor clave en diversos campos de investigación
como la interacción de agua con materiales de construcción, los
cuales al hidratarse alteran sus propiedades mecánicas, la
conservación de alimentos en la industria alimenticia, pues la
presencia de agua afecta a sus propiedades de conservación y muchos
de ellos requieren procesos de secado o liofilización, la
lixiviación de sustancias en matrices porosas del subsuelo afectando
a temas como la dispersión de contaminantes, factores clave a la
hora de fijar emplazamientos de vertederos, balsas de contención,
cementerios radiactivos o todos aquellos en donde la capacidad de
circulación de flujos hídricos influye en su estanqueidad y en
temas relacionados con la higiene corporal, campo en el que cada
día aparecen nuevos productos basados en sus propiedades de sorción
y retención.
Las diferentes posibilidades de interacción entre
materiales porosos y un fluido (figura 1) generan hasta seis
propiedades de sorción diferentes, que son posibles medir con el
sistema automatizado que en este documento se presenta, y que se
describen a continuación:
- 1.
- Absorción por capilaridad: consiste en colocar una cara de una muestra a estudiar en contacto con el fluido interaccionante, estudiando la evolución de la masa de la muestra en función del tiempo.
- 2.
- Absorción por inmersión total: consiste en evaluar la variación de masa que sufre una muestra seca al sumergirla completamente en el fluido a presión atmosférica.
- 3.
- Sorción de vapor: consiste en medir la variación de masa que sufre una muestra seca al situarla en una atmósfera con una presión de vapor específica del fluido considerado.
- 4.
- Desorción de vapor: consiste en medir la variación de masa que sufre una muestra saturada de fluido al situarla en atmósfera con una presión de vapor del fluido cero o próxima a cero.
- 5.
- Permeabilidad al vapor: consiste en evaluar la cantidad de vapor que pasa a través de un material poroso al colocar una laja de este material como único camino de paso entre dos atmósferas que presentan un diferencial de presión de vapor de dicho fluido.
- 6.
- Permeabilidad a líquidos: Consiste en evaluar la cantidad de líquido que atraviesa una laja de material que se sitúa como único camino de paso entre dos zonas del mismo líquido sometidas a presiones diferentes.
El estudio de las seis propiedades de
sorción-desorción indicadas anteriormente implica
la caracterización de dichas interacciones en función del tiempo, o
lo que es lo mismo, el estudio cinético de los procesos, debiendo
desarrollarse en condiciones ambientales estables, es decir a
valores de temperatura y presión de vapor constantes durante toda
la experiencia.
De esta forma el desarrollo de un sistema
instrumental para la medida de este tipo de propiedades debe
presentar las siguientes características fundamentales:
- 1.
- Perfecto control del nivel de fluido requerido para la propiedad que se desee medir.
- 2.
- Perfecto control de las variables ambientales a la que se desarrollen los ensayos, siendo éstas la temperatura y presión de vapor fundamentalmente.
- 3.
- Registro continuado de las variables de interés para el ensayo, es decir, tiempo y variación de masa.
- 4.
- Posibilidad de registro continuado de otras variables adicionales en ensayos específicos como son el pH, la conductividad o la concentración de alguna especie química concreta en las experiencias en las que el fluido es agua o una disolución acuosa.
Partiendo de esta base, el empleo de componentes
electrónicos para el control de los diversos dispositivos de los
que se compone el sistema, de sensores específicos para el registro
de los valores de todas las variables que influyen en el proceso,
unido a herramientas informáticas desarrolladas para el control de
todos los subconjuntos del sistema, permiten desarrollar un sistema
instrumental completamente automatizado para la medida de este tipo
de
propiedades.
propiedades.
El hecho de utilizar un dispositivo completamente
automatizado resuelve el problema de las numerosas fuentes de error
que se producen al realizar este tipo de medidas por métodos
manuales como son los derivados de las normas estandarizadas
propugnadas para algunos ensayos específicos. A este respecto
merece la pena citar que las principales normativas existentes
están destinadas a materiales de construcción, por lo que otros
muchos materiales, en los que la caracterización de sus propiedades
de sorción es de gran interés, quedan fuera del ámbito de aplicación
de dichas normativas. También hay que decir que las normativas se
centran en el agua como fluido interaccionante, no considerándose
otros fluidos que también pueden ser interesantes. Las normativas
clásicas de trabajo para las seis propiedades de sorción son las
siguientes:
\vskip1.000000\baselineskip
Absorción por capilaridad
C.N.R.-I.C.R. (1983). Doc. Normal: 11/82,
Roma.
R.I.L.E.M. (1980). Essai nº II.65. Matérieux et
Constructions, Bull. RILEM, 13(75),
208-209.
\vskip1.000000\baselineskip
Absorción por inmersión total
C.N.R.-I.C.R. (1981). Doc. Normal: 7/81,
Roma.
R.I.L.E.M. (1980). Essai nº II.1. Matérieux et
Constructions, Bull. RILEM, 13(75),
194-196.
A.S.T.M. (1978). Annual book of ASTM Standards.
Norma C94-47. Part 19.
I.S.R.M. (1979). Int. J. Rock Mech. And Min.
Sci., 143-156.
\vskip1.000000\baselineskip
Sorción de vapor
A.S.T.M. (1991). Annual book of ASTM Standards.
Norma E96. Vol. 04-06.
\vskip1.000000\baselineskip
Desorción de vapor
C.N.R.-I.C.R. (1989). Doc. Normal: 86/52,
Roma.
R.I.L.E.M. (1980). Essai nº II.5. Matérieux et
Constructions, Bull. RILEM, 13(75),
204-206.
\vskip1.000000\baselineskip
Permeabilidad al vapor
C.N.R.-I.C.R. (1986). Doc. Normal: 21/86,
Roma.
R.I.L.E.M. (1980). Essai nº II.2. Matérieux et
Constructions, Bull. RILEM, 13(75),
198-200.
A.S.T.M. (1995). Annual book of ASTM Standards.
Norma E96-95.
\vskip1.000000\baselineskip
Permeabilidad a líquidos
A.S.T.M. (2002). Annual book of ASTM Standards.
Norma D5856-95.
A.S.T.M. (1997). Annual book of ASTM Standards.
Norma D5084-03.
A.S.T.M. (2000). Annual book of ASTM Standards.
Norma D2434-68.
Estas normativas proponen un protocolo de trabajo
similar para las seis medidas citadas anteriormente, el cual se
puede resumir en los siguientes pasos:
\newpage
- 1.
- Introducción de la muestra en el entorno de trabajo para producir la interacción que se desea medir,
- 2.
- extracción de la muestra a intervalos de tiempo prefijados,
- 3.
- en los casos que sea necesario, secado del agua adicional que pueda presentar el material en su superficie
- 4.
- determinación del peso total de la muestra
- 5.
- introducción de la muestra en su entorno de trabajo para proseguir con el desarrollo del ensayo.
Este protocolo de trabajo genera errores
derivados principalmente de la extracción de la muestra del entorno
en el que se produce la interacción, lo cual implica: la
interrupción del proceso que se está midiendo, una manipulación
continuada del material generando pérdidas del mismo en muestras
poco consistentes, contaminación de las muestras e
hidrataciones-deshidrataciones incontroladas durante
el proceso de pesada, etc.
El sistema que aquí se describe resuelve todas
estas fuentes de error, pues al ser un sistema completamente
automatizado no requiere la extracción de la muestra del entorno de
trabajo durante el desarrollo de las medidas.
El punto de partida para el desarrollo de un
sistema instrumental automatizado para la medida de las propiedades
de sorción generadas en sistemas formados por un material poroso y
un fluido en contacto, es la observación de las deficiencias que
presentan los protocolos de trabajo que proponen las normativas
clásicas de actuación, y que han sido citados en el apartado
anterior.
A parte de las patentes P9600383 y P9702345 a las
que nos referiremos más adelante, en la bibliografía es posible
encontrar la descripción de varios sistemas automatizados para la
medida de alguna de las propiedades de sorción descritas, pero
ninguno capaz de desarrollar todas las medidas de propiedades de
sorción aquí citadas, ya que, básicamente, todos los sistemas
descritos en la bibliografía han sido ideados para desarrollar
medidas de una sola propiedad, y solo existen referencias de
sistemas para la medida de absorción por capilaridad y
permeabilidad al vapor, en donde el fluido con el que se
desarrollan los ensayos es agua y vapor de agua, respectivamente.
Ejemplos de sistemas para la medida de absorción acuosa por
capilaridad son los desarrollados por investigadores de la
Universidad de Lund, en Suecia (Janz, 1997), o de la Universidad de
Casino, en Italia (Colantuono et al, 1997). Para la medida
de permeabilidad al vapor podemos citar las patentes EP1170582 y
EP1421359. Todos estos sistemas presentan un grado de
automatización mínimo si los comparamos con el sistema que este
documento se
presenta.
presenta.
Por otro lado, la patente nº 9600383, de la cual
son coautores alguno de los presentes firmantes, presenta algunos
puntos de paralelismo con la que aquí se presenta y describe un
sistema para el estudio en continuo del proceso de absorción acuosa
por capilaridad. Dicha patente incluía un diseño muy básico para la
realización del ensayo de capilaridad, siendo la principal baza su
capacidad para la obtención de información sobre el avance del
proceso de absorción capilar, pero sin manipulación de la muestra
durante el tiempo que duraba la experiencia, así como la
adquisición informática de los datos proporcionados por el sistema.
Sin embargo, la consecución del nivel acuoso necesario para la
experiencia se efectuaba manualmente y para su estabilización a una
altura constante se utilizaba el flujo continuo de agua desde un
depósito inferior hasta el recipiente donde se efectuaba el contacto
muestra-agua, este sistema provocaba bastantes
problemas de estabilidad debido a las turbulencias generadas por el
continuo aporte de agua.
Una evolución de aquel primitivo equipo se
presentó en la patente nº 9702345. En esta patente se presentan
como novedades metodológicas su capacidad para realizar otros
ensayos (además de la absorción de agua por capilaridad), el
control informático del nivel acuoso requerido para la realización
de cada tipo de ensayo y una capacidad para obtener información
adicional sobre las variables ambientales como la humedad relativa y
la temperatura. Sin embargo, este sistema también presenta una
serie de limitaciones, como por ejemplo el no permitir desarrollar
ensayos de permeabilidad al vapor y permeabilidad a líquidos, no
permitir un control exhaustivo y un mantenimiento adecuado de las
variables ambientales de humedad y temperatura y un diseño de
portamuestras nivelable basado en un anclaje magnético que no
permite su uso con muestras pesadas.
El sistema que se presenta aporta mejoras
sustanciales en el desarrollo de las operaciones para la obtención
de los niveles de fluido necesarios para la realización de todos
los ensayos, la posibilidad de desarrollar medidas manteniendo la
temperatura y la humedad relativa constante durante todo el tiempo
que duren las mismas, gracias a un sistema de termostatización
completamente automatizado y controlado por ordenador, el empleo de
sensores de temperatura de mayor exactitud, la optimización de la
cámara de muestras, la separación de los fluidos de
termostatización e interacción, la utilización de un portamuestras
nivelable de gran capacidad y la capacidad para desarrollar ensayos
de permeabilidad al vapor y permeabilidad a líquidos.
\newpage
El sistema, por tanto está compuesto de
diferentes subsistemas, los cuales a su vez están conformados por
diversos dispositivos, que se esquematizan en las figuras 2 y 3, y
que a continuación se detallan.
Consta de los tres componentes siguientes:
Consiste en una cubeta estanca en donde se
situará el fluido de interacción con el que se desarrollará los
ensayos.
Estos dispositivos son: un sistema de
calentamiento (1b1) para adecuar la temperatura del fluido de
interacción que se encuentre en el depósito (1a) al valor deseado
para desarrollar el ensayo, y un sensor de temperatura (1b2) que
permite conocer, en todo momento, la temperatura de dicho fluido de
interacción y que actuará como elemento de detección de la situación
de termostatización en el depósito.
Consiste en un conjunto de sistemas de bombeo que
generan el movimiento del fluido de interacción existente en el
depósito (1a) en todas las direcciones del espacio, consiguiéndose
de esta forma la homogenización térmica de dicho fluido en todo su
volumen.
Se compone de:
La interacción muestra-fluido de
interacción se debe producir en una cámara cerrada, en la que se
minimice el intercambio de materia y energía con el exterior. La
cámara consta de dos partes, una parte aérea (2a1) donde van
situados los sensores de control y una parte semisumergida (2a2)
dentro del baño térmico (2b) y rodeada del líquido de
termostatización que en él se haya introducido. Ambas partes de la
cámara se muestran en la figura
4.
4.
Es un dispositivo en cuyo interior va
semisumergida la cámara de muestras en la que se producirá la
interacción muestra-fluido de interacción. Este baño
térmico incluye un sistema de termostatización (figura 3),
compuesto por un sistema de calentamiento (2b1), un sensor de
temperatura (2b2) y un sistema de recirculación de fluido (2b3). En
su interior se sitúa un líquido de termostatización, no
necesariamente igual al fluido de interacción y que habitualmente
puede ser agua, que se debe mantener a la temperatura a la que se
desee desarrollar el ensayo y que será la misma a la que se ha
termostatizado el fluido de interacción presente en el depósito
(1a).
En el interior de la cámara de muestras se sitúan
los sensores necesarios para el control y el funcionamiento del
sistema. Estos son: sensor de temperatura (2c1), sensor de humedad
(2c2), para el caso de que el fluido de interacción sea agua, y dos
sensores de nivel (2c3 y 2c4). Los dos primeros, conectados al
subsistema informatizado de medición y control (7), permiten
conocer en todo momento las condiciones ambientales en el interior
de la cámara de muestras (2a), al objeto de mantener una
estabilidad mejor del 5%. Los sensores de nivel permiten controlar
el nivel de fluido de interacción en función del tipo de ensayo a
realizar; el situado a un nivel más bajo (2c3) cercano al fondo de
la cámara (2a) se utiliza en el ensayo de sorción de vapor, y otro
a un nivel más alto (2c4), cercano a la parte superior de la cámara
de muestras (2a) que se utiliza en el ensayo de inmersión total.
Sus componentes se pueden clasificar en dos
grupos:
Son los elementos fluidomecánicos necesarios para
traspasar el fluido de interacción desde el depósito (1a) hacia la
cámara de muestras (2a). Esta operación se consigue con un sistema
de bombeo de bajo caudal (3a1) y una electroválvula (3a2) para
asegurar la estanqueidad del sistema.
Son los elementos necesarios para desalojar el
fluido de interacción introducido en la cámara de muestras (2a) una
vez concluido el ensayo. Estos elementos son un sistema de bombeo
(3b1) y una electroválvula (3b2) para asegurar la estanqueidad del
sistema.
El subsistema electrónico de control (figuras 3 y
5), se divide a su vez en los dos sub-sistemas
siguientes:
Este subsistema engloba a los componentes
electrónicos necesarios para el control de los diversos
dispositivos que componen el sistema. Se pueden distinguir dos
partes dentro de este subsistema:
- \bullet
- Un conjunto de dispositivos electrónicos que permiten el control encendido/apagado de los diversos componentes eléctricos del sistema por medio del elemento informatizado de medición y control (7). Este conjunto de dispositivos consiste en un módulo para la adquisición y control de señales (4a1) que debe contener un conversor digital-analógico de al menos 8 bits de resolución y una interfase de control de potencia (4a2) que incorpora cinco o más dispositivos todo/nada que controlarán qué componente del sistema será conectado o desconectado. Estos dispositivos deben poder controlar cargas de hasta 250 Voltios y 6 Amperios.
- \bullet
- Un segundo conjunto de dispositivos electrónicos (4a3) que comprende 5 o más dispositivos todo/nada, controlados por los dispositivos de la interfase de control de potencia (4a2), que controlan la alimentación, es decir, tensión y corrientes necesarias para cada componente del sistema. Estos dispositivos deben poder controlar cualquier tipo de tensión que no supere 6 Amperios de intensidad.
El control de todos estos dispositivos se
desarrolla por medio del subsistema informatizado de medición y
control (7).
Este subsistema esta compuesto por:
- \bullet
- Un conversor analógico/digital (4b1) para la medida de la señal generada por los sensores del sistema (1b2, 2b2, 2c1, 2c2, 2c3 y 2c4), que será registrada por el elemento informatizado de medición y control (7). Este conversor analógico/digital debe poseer una resolución mínima de 12 bits y un tiempo de conversión inferior a 35 microsegundos.
- \bullet
- Un sistema electrónico (4b2) para la detección de la señal emitida por los sensores con al menos 6 canales analógicos de entrada con capacidad para la adecuación de la señal mediante la adaptación al nivel de voltaje requerido para su medida y su filtraje para la eliminación de señales espurias.
Se han diseñado cuatro tipos de portamuestras
para el sistema instrumental que se muestran en las figuras
6-9, uno específico para las medidas de
permeabilidad al vapor (5a), otro específico para las medidas de
absorción capilar (5b), otro específico para la medida de
permeabilidad a líquidos (5c) y, por último, otro genérico para el
resto de las medidas (5d). Además de los portamuestras indicados,
se ha diseñado un elemento de anclaje (5e), mostrado en la figura
10, para el anclaje de cualquiera de los portamuestras indicados al
sistema de pesada (6).
El portamuestras para permeabilidad al vapor (5a)
debe cumplir un requisito primordial, que es que la muestra debe
quedar situada como único camino de paso entre dos presiones de
vapor, una a alta y otra baja, del fluido de interacción. Se ha
diseñado en forma de un recipiente cúbico (5a1) en cuyo interior se
depositará una sustancia desecarte y una tapadera con una oquedad
que será tapada por una laja del material a estudiar. A fin de
adaptarse a las diferentes secciones de la muestra a estudiar, una
tapadera tiene la morfología de la oquedad cuadrada (5a2) y otra
tiene morfología circular (5a3).
El portamuestras específico para la medida de
absorción capilar (5b) debe cumplir un requisito de vital
importancia, cual es que la superficie de la muestra que se pone en
contacto con el fluido de interacción debe estar totalmente
horizontal. Por esta razón el portamuestras dispone de un sistema
para el nivelado de las muestras mediante la alteración del
paralelismo entre dos planos de sustentación: el plano superior
(5b1) y el plano inferior (5b2). Ambos planos están unidos mediante
tres separadores de dimensión variable (5b3), cuya modificación
triangulada hace alterar el paralelismo entre los planos (5b1) y
(5b2). Por su parte, la sujeción de la muestra se efectúa mediante
el conjunto de garras ajustables (5b4).
\newpage
El portamuestras para permeabilidad a líquidos
(5c) cumple, como requisito primordial, que la muestra queda
situada como único camino de paso entre dos zonas del líquido que
están sometidas a diferente presión hidrostática, generándose de
esta forma la fuerza necesaria para que se produzca el transporte
de fluido a través de los poros del material. Para ello la muestra
debe sujetarse al fondo del portamuestras mediante las garras 5c1,
asegurando la estanqueidad del sistema por medio de una junta tórica
(5c2), situada en la base del portamuestras.
El portamuestras genérico para el resto de
medidas (5d) esta diseñado para minimizar el contacto
soporte-muestra para que la interacción entre la
disolución acuosa y la muestra objeto de estudio sea máxima. Este
portamuestras consta de tres garras ajustables (5d1) para asegurar
la sujeción de la muestra.
Además de los portamuestras descritos, en el
sistema se ha diseñado un conjunto de elementos de anclaje (5e),
con diferentes longitudes, para el anclaje de los portamuestras
(5a), (5b), (5c) y (5d) al sistema de pesada (6), quedando de esta
forma el conjunto muestra-portamuestras suspendido
del sistema de pesada.
Como subsistema de pesada se utiliza una balanza
o una célula de carga, con capacidad de ser controlada por
ordenador y con capacidad de medir por suspensión. La capacidad
máxima y precisión de este elemento es dependiente del tipo de
proceso que se vaya a realizar y del tipo de muestras que se vayan
a estudiar.
El subsistema informatizado de medición y control
(7) consiste en un ordenador (7a) capaz de procesar las entradas y
salidas de información, y el sub-elemento compuesto
por sentencias organizadas según un criterio lógico de operación y
cuyo conjunto constituye el software de control (7b).
Todos los subelementos necesarios para el control
de dispositivos (4a) y para la adquisición de datos (4b) están bajo
el control del software de control (7b) que, mediante su lógica
estructurada, maneja la información requerida para:
- \bullet
- controlar el llenado de la cámara de muestras (2a) hasta el nivel necesario para desarrollar cualquiera de los ensayos citados anteriormente, utilizando los elementos electrónicos para el control del dispositivos (4a) que controlarán los subelementos para el llenado de la cámara de muestras (3a),
- \bullet
- controlar la temperatura a la cual se desarrollarán las medidas de las propiedades de sorción, mediante el control de: (*) el dispositivo de termostatización del fluido de interacción (1b), mediante el encendido/apagado del sistema de calentamiento (1b1) y la medida de la señal proporcionada por el sensor de temperatura (1b2) y (**) del baño térmico (2b) mediante el encendido/apagado del sistema de calentamiento (2b1) y la medida de la señal proporcionada por el sensor de temperatura (2b2) y un sistema de recirculación (2b3),
- \bullet
- registra los valores de las variables de interés de los ensayos, es decir, tiempo y masa, así como de las variables ambientales en el interior de la cámara de muestras (2a), suministradas por el sensor de temperatura (2c1) y el de humedad relativa en el caso de que el fluido de interacción sea agua (2c2),
- \bullet
- componer una lista de datos con la medida de la evolución de masa de la muestra, los valores de tiempo, y los valores de las variables ambientales,
- \bullet
- guardar en un soporte de almacenamiento masivo, mediante el adecuado procedimiento informático, toda la información generada,
- \bullet
- representar gráficamente y numéricamente los resultados obtenidos con el fin de ser fácilmente accesibles para el usuario.
- \bullet
- controlar el vaciado de la cámara de muestras una vez concluido el ensayo, utilizando los elementos electrónicos para el control de dispositivos (4a) que controlarán los subelementos para el vaciado de la cámara de muestras (3b).
Figura 1.- Esquema de las posibles interacciones
entre un material y un fluido que genera las seis posibles medidas
de propiedades de sorción citadas anteriormente.
Figura 2.- Esquema general del sistema.
Disposición de los distintos dispositivos elementos que conforman
el sistema. Se aprecian los siguientes componentes:
\newpage
- (1)
- Subsistema de termostatización del fluido de interacción
- (1a)
- Depósito de fluido de interacción
- (1b)
- Dispositivos de termostatización
- (1b1)
- Sistema de calentamiento
- (1b2)
- Sensor de temperatura
- (1b3)
- Dispositivos de homogeneización térmica
\vskip1.000000\baselineskip
- (2)
- Elemento cámara de muestras y baño térmico
- (2a)
- Cámara de muestras
- (2b)
- Baño térmico (en la figura 3 se detallan sus componentes internos)
- (2c)
- Sensores del sistema
- (2c1)
- Sensor de temperatura
- (2c2)
- Sensor de humedad
- (2c3)
- Sensor de nivel
- (2c4)
- Sensor de nivel
\vskip1.000000\baselineskip
- (3)
- Subsistema para el trasvase del fluido de interacción
- (3a)
- Elementos para el llenado de la cámara de muestras
- (3a1)
- Sistema de bombeo de bajo caudal
- (3a2)
- Electroválvula
- (3b)
- Elementos para el vaciado de la cámara de muestras
- (3b1)
- Sistema de bombeo
- (3b2)
- Electroválvula
\vskip1.000000\baselineskip
- (4)
- Subsistema electrónico de control
- (4a)
- Subsistema electrónico de control de dispositivos
- (4b)
- Subsistema de adquisición de datos
\vskip1.000000\baselineskip
- (5)
- Elementos portamuestras
\vskip1.000000\baselineskip
- (6)
- Subsistema de pesada
\vskip1.000000\baselineskip
- (7)
- Subsistema informatizado de medición y control
- (7a)
- Ordenador
- (7b)
- Software de control
\newpage
Figura 3.- Vista posterior del sistema mostrando
la disposición de los componentes internos del baño térmico y uno
de los dispositivos electrónicos de control. En la figura se marcan
los siguientes componentes:
- (2)
- Elemento cámara de muestras y baño térmico
- (2a)
- Cámara de muestras
- (2b)
- Baño térmico
- (2b1)
- Sistema de calentamiento
- (2b2)
- Sensor de temperatura
- (2b3)
- Dispositivos de homogeneización térmica
\vskip1.000000\baselineskip
- (1)
- Subsistema de termostatización del fluido de interacción
- (1b1)
- Sistema de calentamiento
- (1b2)
- Sensor de temperatura
- (1b3)
- Dispositivos de homogeneización térmica
- (4a3)
- Dispositivos electrónicos de control de alimentación.
\vskip1.000000\baselineskip
Figura 4.- Esquema de la parte sumergida y de la
parte aérea de la cámara de muestras.
- (2a)
- Cámara de muestras
- (2a1)
- Parte aérea de la cámara de muestras.
- (2a2)
- Parte sumergida de la cámara de muestras.
\vskip1.000000\baselineskip
Figura 5.- Esquema general del subsistema
electrónico de control y de los subelementos que lo conforman.
- (4)
- Subsistema electrónico de control
- (4a)
- Subsistema electrónico de control de dispositivos
- (4a1)
- Módulo para la adquisición y control de señales
- (4a2)
- Interfase de control de potencia
- (4b)
- Subsistema de adquisición de datos
- (4b1)
- Conversor analógico/digital
- (4b2)
- Sistema electrónico para el registro de la señal de los sensores
\vskip1.000000\baselineskip
- (7)
- Subsistema informatizado de medición y control
\vskip1.000000\baselineskip
Figura 6.- Esquema del elemento portamuestras
para el ensayo de permeabilidad al vapor.
- (5a)
- Portamuestras de permeabilidad al vapor
- (5a1)
- Depósito de la materia desecante
- (5a2)
- Tapadera de adaptación para muestra de sección cuadrada
- (5a3)
- Tapadera de adaptación para muestra de sección circular
\vskip1.000000\baselineskip
Figura 7.- Esquema del elemento portamuestras
específico para ensayos de absorción capilar.
- (5b)
- Portamuestras nivelable
- (5b1)
- Plano superior de nivelación.
- (5b2)
- Plano inferior de nivelación.
- (5b3)
- Tornillos de ajuste interplanar.
- (5b4)
- Garras de sujeción ajustables.
\vskip1.000000\baselineskip
Figura 8.- Esquema del elemento portamuestras
específico para ensayos de permeabilidad a líquidos.
- (5c)
- Portamuestras de permeabilidad al líquido.
- (5c1)
- Garras de sujeción.
- (5c2)
- Junta tórica de estanqueidad.
\vskip1.000000\baselineskip
Figura 9.- Esquema del elemento portamuestras
genérico para el resto de las medidas de propiedades de
sorción.
- (5d)
- Portamuestras de uso general
- (5d1)
- Garras de sujeción ajustables.
\vskip1.000000\baselineskip
Figura 10.- Esquema de uno de los elementos de
acoplamiento entre el portamuestras y la balanza.
- (5e)
- Elemento tipo de acoplamiento portamuestras-balanza.
\vskip1.000000\baselineskip
Para la realización de las medidas de las
propiedades de sorción que permite el sistema que aquí se presenta,
se sigue un determinado procedimiento que a continuación se
describe. Los pasos que se han de llevar a cabo son los mismos para
todas las medidas aunque con pequeñas variaciones. Se expondrán los
pasos de forma genérica, concretándose en detallar las variaciones
que se produzcan en función del tipo de medida a desarrollar.
Los pasos generales que conlleva el procedimiento
que se expone son los siguientes:
Paso
1
Para establecer la temperatura a la que se
desarrollará una determinada medida se ha de controlar diversos
dispositivos a través del subsistema informatizado de control (7).
Para establecer la temperatura de ensayo se ha de establecer la
misma temperatura para el fluido de interacción con el que se
desarrollará la medida y que se sitúa en el depósito (1a), y para el
líquido de termostatización que se coloca dentro del baño térmico
(2b) y que rodeará a la cámara de muestras (2a).
Para establecer la temperatura en el fluido de
interacción se desarrolla el siguiente proceso. Una vez establecida
la temperatura de trabajo en el software de control (7b) este
desarrollará los pasos necesarios para conectar, por una parte, el
dispositivo de termostatización situado en el depósito
termostatizado (1b), que se compone de un sistema de calentamiento
(1b1) y de un sensor de temperatura (1b2), y por otra parte, el
dispositivo de homogeneización térmica (1b3), por medio del
subsistema electrónico de control de dispositivos (4a), que conecta
las líneas 0/1 de alimentación en la interfase de control de
potencia (4a2) necesarias para conectar los dispositivos citados
anteriormente. Esta interfase controla la alimentación final de los
elementos a conectar al controlar los dispositivos de alimentación
adecuados situados en el subsistema electrónico de alimentación
(4a3).
Una vez conectados estos elementos, el software
de control (7b) evalúa los valores generados por el sensor de
temperatura (1b2) hasta que se alcance la temperatura deseada. Los
valores de temperatura se registran en un canal del sistema
electrónico de registro (4b2) y es transformado por el convertidor
A/D (4b1) a una señal registrable por el software de control
(7b).
De forma paralela al procedimiento descrito
anteriormente, se ha de conseguir que el líquido de
termostatización situado en el baño térmico (2b) alcance la
temperatura de trabajo. Para ello se conectan el sistema de
calentamiento (2b1), el sensor de temperatura (2b2) y el sistema de
homogeneización térmica (2b3) que se sitúan en el baño térmico
(2b), y se evalúa los valores del sensor de temperatura. La
conexión de estos dispositivos se desarrolla directamente desde el
subsistema informatizado de control (7), así como el registro de
los datos generados por el sensor de temperatura (2b2).
Paso
2
Para colocar la muestra dentro de la cámara es
necesario utilizar uno de los portamuestras en función de la medida
que se desee desarrollar.
- \bullet
- Para medidas de permeabilidad al vapor se utiliza el portamuestras específico diseñado para dicho ensayo (5a), utilizando una laja de material a modo de tapadera de la oquedad del correspondiente elemento (5a2) o (5a3).
- \bullet
- Para la medida de absorción por capilaridad se utiliza el portamuestras específico diseñado para dicho ensayo (5b), procediendo previamente a: (*) rectificar mecánicamente una cara de la muestra que será la que efectúe el contacto físico con el fluido de interacción, (**) sujetar, mediante las garras (5b4), la muestra en el portamuestras de forma que la cara rectificada quede en la parte inferior y (***) regular con los tornillos (5b3), que controlan el plano de suspensión del portamuestras, la horizontalidad de dicha cara rectificada hasta conseguir que esté lo más horizontal que sea posible.
- \bullet
- Para la medida de permeabilidad a líquidos se utiliza el portamuestras específico diseñado para dicho ensayo (5c), sujetando una laja de la muestra mediante las garras (5c1).
- \bullet
- Para el resto de los ensayos se utiliza el portamuestras genérico (5d), sujetando la muestra mediante las garras (5d1).
Una vez la muestra queda colocada en el
portamuestras, éste debe quedar suspendido del subsistema de pesada
(6) utilizando para ello el elemento de anclaje (5e) de la longitud
más adecuada para el experimento.
Todos los portamuestras minimizan el contacto
muestra-soporte para que la interacción entre la
muestra y el fluido de interacción sea eficiente en todos los
casos.
Paso
3
Las condiciones del fluido de interacción
dependen del tipo de medida a desarrollar, por esta razón a
continuación se describirá la forma de establecer el nivel de
fluido necesario para cada tipo de ensayo.
Paso
3.1
El primer paso consiste en comenzar a llenar la
cámara de muestras, para ello el subsistema informático de control
(7) establecerá la comunicación con el módulo de control de señales
(4a1) el cual se comunicará, dando las órdenes adecuadas, a la
interfase de control de potencia (4a2), ésta a su vez permitirá la
alimentación de los dispositivos para el llenado de la cámara de
muestras, a través de los dispositivos electrónicos de control de
alimentación (4a3). Los dispositivos a conectar son un sistema de
bombeo (3a1) y una electroválvula (3a2).
Una vez que se comienza a llenar la cámara de
muestras, es necesario detectar el nivel deseado del fluido de
interacción. Para este ensayo el nivel del fluido debe ser el mismo
que el nivel inferior de la muestra que corresponde con la cara
previamente rectificada. Para conseguir este propósito se usa como
sensor de nivel la alteración que muestra el sistema de pesada (6)
cuando se produce el contacto del fluido de interacción con la
muestra. La alteración de peso mostrada por el sistema de pesada (6)
se detecta a través de los datos que registra el subsistema
informatizado de control (7) directamente del subsistema de pesada
(6), evaluando cuando se produce una variación brusca en los datos
obtenidos. De esta forma el contacto muestra-fluido
actúa como un sensor lógico de nivel.
Una vez conseguido el nivel de fluido deseado, el
subsistema informatizado de control (7) dará las órdenes al
subsistema electrónico de control de dispositivos (4a) para detener
la alimentación de los dispositivos de llenado de la cámara de
muestras, es decir el sistema de bombeo (3a1) y la electroválvula
(3a2). El procedimiento de trabajo es el mismo que el citado
anteriormente, es decir el subsistema informatizado de control (7)
suministra al módulo de control de señales (4a1) la orden de
desconexión de los dispositivos para el llenado de la cámara de
muestras (2a), a su vez este módulo (4a1) transmite la información
a la interfase de control de potencia (4a2) y, por último, ésta se
comunica con el dispositivo electrónico de alimentación (4a3) que
desconecta los dispositivos para el llenado (3a) de la cámara
(2a).
Paso
3.2
Para este ensayo la muestra debe estar totalmente
sumergida en el fluido de interacción. Para ello se procede al
llenado de la cámara de muestras (2a) mediante el mismo
procedimiento descrito en el caso anterior, pero utilizando el
sensor de nivel superior (2c4) como detector del nivel de llenado de
la cámara (2a) con el fluido de interacción.
Este sensor estará situado a la altura adecuada
para que toda la muestra quede sumergida en la disolución acuosa
durante todo el tiempo que dure el ensayo. El modo de realizar este
proceso es el siguiente: una vez que la cámara se está llenando, el
subsistema informatizado de control (7) activa mediante el sistema
electrónico de control de dispositivos (4a) la alimentación sensor
de nivel (2c4) al tiempo que el subelemento de adquisición de datos
(4b) va registrando los datos suministrados por el sensor. Estos
datos se comunican al subsistema informatizado de control (7) que
los evalúa hasta detectar una variación brusca en los mismos, que
implica que se ha obtenido el nivel deseado del fluido de
interacción. El procedimiento para registrar los valores del sensor
de nivel es: se registran en un canal del sistema electrónico de
registro (4b2) en donde la señal se filtra, posteriormente es
transformado por el convertidor A/D (4b1) a una señal digital
registrable por el software de control (7b).
Al igual que en el caso anterior el subsistema
informático (7) dará las ordenes para detener la alimentación a los
dispositivos de llenado (3a), así como al sensor de nivel (2c4),
una vez se ha alcanzado el nivel acuoso deseado.
Paso
3.3
Para este ensayo la cámara de muestras debe
contener una cantidad de líquido de interacción tal que no llegue a
estar en contacto con la muestra. Para ello se procede al llenado
de la cámara de muestras (2a) mediante el mismo procedimiento
descrito en el caso anterior, pero utilizando el sensor de nivel
inferior (2c3) como detector del nivel de llenado de la cámara (2a)
con el fluido de interacción.
El control del proceso para obtener el nivel de
fluido requerido es equivalente al descrito anteriormente, pero en
este caso se alimenta el sensor de nivel inferior (2c3) y se
registran los datos suministrados por dicho sensor, utilizándose un
canal diferente del sistema electrónico de registro de datos (4b2),
que lo transmite al convertidor A/D (4b1), el cual, una vez ha
convertido el valor en un dato digital, lo transfiere al subsistema
informatizado de control (7) y al software de control (7b). Cuando
éste (7b) detecta una variación brusca en los datos que genera este
sensor (2c3), se detiene la alimentación de los sistemas de llenado
(3a1 y 3a2) y del sensor de nivel (2c3) y se considera que se ha
obtenido el nivel acuoso deseado.
Paso
3.4
Para este ensayo, la cámara de muestras debe
estar vacía, por lo que en este caso el establecimiento del nivel
de fluido deseado es obviado.
Paso
3.5
El ensayo de permeabilidad al vapor que se puede
desarrollar con este sistema instrumental es conocido como ensayo
de cámara húmeda, lo cual significa que dentro de la cámara de
muestras se debe introducir la cantidad de fluido de interacción
suficiente para que se genere una alta presión de vapor en su
interior, mientras que en el portamuestras específico para este
tipo de ensayos (5a) se introduce una cantidad controlada de una
sustancia absorbente del vapor del fluido de interacción, de forma
que se genere una presión de vapor relativa lo más baja posible. En
estas condiciones de presiones de vapor del fluido de interacción,
una laja de la muestra se coloca en la adecuada tapadera (5a2) o
(5a3), de forma que ésta sea el único camino de paso entre ambas
atmósferas. Cuando se trabaja con agua como fluido de interacción,
es posible utilizar disoluciones salinas específicas que generan
humedades relativa externas controladas y diferentes del 100%.
Puesto que el requisito indicado para este ensayo
es introducir en la cámara de muestras (2a) una cantidad del fluido
de interacción que genere una alta presión de vapor, pero sin que
se produzca una interacción directa entre el fluido condensado y la
muestra o el soporte, el procedimiento de establecer el nivel
acuoso es exactamente el mismo que para el ensayo de sorción de
vapor de agua (descrito anteriormente), pues el requisito a cumplir
es el
mismo.
mismo.
Paso
3.6
Partiendo de la muestra saturada del fluido de
interacción, colocada en el portamuestras específico diseñado para
este ensayo (5c) con una cantidad controlada de fluido de
interacción en el mismo y colgada del sistema de pesada (6) por
medio de los elementos de anclaje (5e), se procede a desarrollar
los mismos pasos que se han descrito para el ensayo de absorción
capilar. Una vez establecido el contacto del líquido de interacción
con la cara inferior de la muestra estudiada, se generan entre la
cara superior y la inferior de la muestra un gradiente de presiones
hidrostáticas con lo que se producirá el transporte del fluido de
interacción a través del material.
Paso
4
La medida de la propiedad de sorción que se desea
estudiar implica la medición de la variación de masa con respecto
al tiempo, por lo que en este paso se ha de registrar los datos de
masa de la muestra en función del tiempo una vez que se ha
establecido el nivel de fluido de interacción adecuado. Para ello,
el subsistema informatizado de control (7) reconoce los intervalos
de tiempo prefijados por el usuario, recogiendo los datos
seleccionados los cuales son salvados en un soporte de
almacenamiento masivo que incorpora el subsistema informatizado de
control (7).
Para tomar datos de masa de la muestra, el
subsistema de control (7) se comunica con el subsistema de pesada
(6), leyendo el valor suministrado por éste último.
En el mismo momento, el subsistema de control
toma el dato suministrado por el sensor de presión de vapor
relativa (2c2) a través de uno de los canales que incorpora el
sistema electrónico (4b2), éste transmite el dato al conversor A/D
(4b1) que lo transforma a digital y lo transfiere al subsistema
informatizado de control (7).
De la misma forma, se registran los datos
suministrados por el sensor de temperatura (2c1) a través de otro
de los canales que incorpora el subelemento electrónico (4b2), y
este lo transmite al conversor A/D (4b1) que lo transforma en un
dato digital, siendo transferido de esta forma al subsistema
informatizado de control (7).
La elaboración de los intervalos a los que se
debe efectuar la toma de los diferentes datos está controlada por
el subsistema informatizado de control (7), puesto que incorpora un
contador de tiempo y desarrolla las operaciones necesarias para
obtener un valor de tiempo de ensayo real.
De esta forma, a cada tiempo de adquisición de
datos se genera un conjunto de datos que incluye valores de tiempo,
masa, presión de vapor relativa y temperatura, generándose al final
de la medida una matriz de orden [nx4], donde n es el número total
de datos registrados.
El subsistema informático de control (7)
visualiza los valores obtenidos de las variables de interés (masa,
temperatura y presión de vapor relativa) frente al tiempo durante
todo el ensayo permitiendo observar la evolución del mismo.
Una vez decidido que se ha llegado al final del
proceso de interacción, el subsistema informatizado de control (7)
desarrolla los pasos necesarios para proceder al vaciado de la
cámara de muestras (2a) en aquellas experiencias que han requerido
su llenado.
Para vaciar la cámara de muestras (2a), el
subsistema informatizado de control (7) suministra las órdenes
necesarias al sistema electrónico de control de dispositivos (4a)
para alimentar los dispositivos fluidomecánicos, el sistema de
bombeo (3b1) y la electroválvula (3b2). Una vez finalizado el
proceso de vaciado se genera la información necesaria, por medio
del sistema informático de control, para detener la alimentación de
ambos dispositivos fluidomecánicos. El procedimiento que sigue el
sistema para desarrollar esta operación es análogo al descrito
anteriormente para la desconexión de los elementos de llenado, pero
desconectando del sistema electrónico de alimentación (4a3) los
dispositivos todo/nada correspondientes al sistema de bombeo (3b1)
y a la electroválvula (3b2) que se utilizan para el vaciado de la
cámara (2a).
Claims (29)
1. Sistema automatizado para el estudio de
propiedades de transporte de fluidos en materiales porosos, cuya
instrumentación comprende:
- a)
- Un subsistema de termostatización del fluido de interacción, con el que se van a desarrollar los ensayos a una temperatura constante.
- b)
- Una cámara de muestras que se incorpora a un baño térmico y en la que se sitúan una serie de sensores que permiten conocer en todo momento las condiciones ambientales y el nivel del fluido de interacción.
- c)
- Un subsistema para el trasvase del fluido de interacción desde el deposito termostatizado a la cámara de muestras, o para el vaciado de ésta, así como las tuberías necesarias para la circulación de dicho fluido.
- d)
- Un subsistema electrónico para el control de la alimentación eléctrica de todos los dispositivos y para la adquisición de datos generados por los sensores que incorpora el sistema.
- e)
- Dispositivos portamuestras para cada tipo de ensayo específicamente diseñados para no distorsionar las medidas.
- f)
- Un subsistema de pesada.
- g)
- Un subsistema informatizado de medición y control.
2. Sistema automatizado para el estudio de
propiedades de transporte de fluidos en materiales porosos, según
reivindicación 1, caracterizado porque el subsistema de
termostatización del fluido de interacción comprende un depósito,
donde se situará el fluido de interacción con el que se
desarrollarán los ensayos, un dispositivo de calentamiento y otro
de detección de la temperatura a la que se encuentra el fluido en
cada momento, y un conjunto de sistemas de bombeo, que generan el
movimiento del fluido introducido en el depósito, para obtener la
homogeneización térmica de la disolución acuosa en todo su
volumen.
3. Sistema automatizado para el estudio de
propiedades de transporte de fluidos en materiales porosos, según
reivindicación 1, caracterizado porque el baño térmico
consiste en un dispositivo en cuyo interior se coloca la cámara de
muestras en la que se producirá la interacción
muestra-fluido de interacción, y que permite la
termostatización de la misma.
4. Sistema automatizado para el estudio de
propiedades de transporte de fluidos en materiales porosos, según
reivindicaciones 1 y 3, caracterizado porque el baño térmico
incluye un sistema de termostatización compuesto por un sistema de
calentamiento, un sensor de temperatura y un sistema de
recirculación de fluido.
5. Sistema automatizado para el estudio de
propiedades de transporte de fluidos en materiales porosos, según
reivindicaciones 1, 3 y 4 caracterizado porque en el
interior de la cámara de muestras se encuentran un sensor de
temperatura, un sensor de humedad y dos sensores de nivel que
permiten controlar el nivel de fluido de interacción en función del
tipo de ensayo a realizar.
6. Sistema automatizado para el estudio de
propiedades de transporte de fluidos en materiales porosos, según
reivindicación 1, caracterizado porque la instrumentación
del subsistema para el trasvase del fluido de interacción desde el
depósito hacia la cámara de muestras comprende un sistema de bombeo
de bajo caudal y una electroválvula.
7. Sistema automatizado para el estudio de
propiedades de transporte de fluidos en materiales porosos, según
reivindicación 1, caracterizado porque la instrumentación
del subsistema para el trasvase del fluido de interacción para el
vaciado de la cámara de muestras comprende un sistema de bombeo y
una electroválvula.
8. Sistema automatizado para el estudio de
propiedades de transporte de fluidos en materiales porosos, según
reivindicación 1, caracterizado porque el subsistema
electrónico de control se divide a su vez en un subsistema
electrónico de control de dispositivos y un subsistema de
adquisición de datos.
9. Sistema automatizado para el estudio de
propiedades de transporte de fluidos en materiales porosos, según
reivindicaciones 1 y 8, caracterizado porque para el
encendido y apagado de los diversos componentes eléctricos del
sistema, el subsistema electrónico de control de dispositivos
dispone de un primer conjunto de dispositivos electrónicos que
consiste en un módulo para la adquisición y control de señales que
debe contener un conversor analógico/digital de al menos 8 bits de
resolución y una interfase de control de potencia que incorpora
cinco o más dispositivos todo/nada que controlarán qué componente
del sistema será conectado o desconectado, y un segundo conjunto de
dispositivos electrónicos compuesto por cinco o más sistemas
todo/nada, controlados por la interfase de control de potencia, que
controla la tensión y corrientes necesarias para cada componente
del sistema.
\newpage
10. Sistema automatizado para el estudio de
propiedades de transporte de fluidos en materiales porosos, según
reivindicaciones 1, 8 y 9, caracterizado porque para la
adquisición de datos, el subsistema de adquisición de datos dispone
de un conversor analógico/digital con una resolución mínima de 12
bits y un tiempo de conversión inferior a 35 microsegundos, para la
medida de la señal generada por los sensores del sistema, que será
registrada por el subsistema informatizado de medición y control, y
un sistema electrónico para el registro de la señal emitida por los
sensores con al menos 5 canales analógicos de entrada para la
recepción de la señal, su adaptación y filtraje.
11. Sistema automatizado para el estudio de
propiedades de transporte de fluidos en materiales porosos, según
reivindicación 1, caracterizado porque el elemento
portamuestras es intercambiable en función del ensayo a
realizar.
12. Sistema automatizado para el estudio de
propiedades de transporte de fluidos en materiales porosos, según
reivindicaciones 1 y 11, caracterizado porque el elemento
portamuestras a utilizar para el ensayo de permeabilidad al vapor
sitúa la muestra como único camino de paso entre dos atmósferas,
una saturada de vapor del fluido interaccionante y otra con una
presión de vapor mínima.
13. Sistema automatizado para el estudio de
propiedades de transporte de fluidos en materiales porosos, según
reivindicaciones 1 y 11, caracterizado porque el elemento
portamuestras a utilizar para el ensayo de absorción capilar
dispone de un sistema para el nivelado de las muestras mediante la
alteración del paralelismo de los planos.
14. Sistema automatizado para el estudio de
propiedades de transporte de fluidos en materiales porosos, según
reivindicaciones 1 y 11, caracterizado porque el elemento
portamuestras a utilizar para el ensayo de permeabilidad a líquidos
sitúa a la muestra como único camino de paso entre dos zonas de
líquido sometidas a diferente presión.
15. Sistema automatizado para el estudio de
propiedades de transporte de fluidos en materiales porosos, según
reivindicaciones 1 y 11, caracterizado porque el elemento
portamuestras genérico minimiza el contacto
soporte-muestra para que la interacción entre el
fluido de interacción y la muestra objeto del estudio sea
máxima.
16. Sistema automatizado para el estudio de
propiedades de transporte de fluidos en materiales porosos, según
reivindicación 1, caracterizado porque el subsistema de
pesada está compuesto por una balanza con capacidad de ser
controlada por ordenador y con capacidad de medir por
suspensión.
17. Sistema automatizado para el estudio de
propiedades de transporte de fluidos en materiales porosos, según
reivindicación 1, caracterizado porque el subsistema
informatizado de medición y control consiste en un ordenador capaz
de procesar las entradas y salidas de información y un software de
control que, mediante su lógica estructurada, maneja la información
requerida para:
- \bullet
- controlar el llenado de la cámara de muestras hasta el nivel deseado para desarrollar cualquiera de los ensayos, utilizando los elementos electrónicos para el control de dispositivos que controlará el subsistema para el llenado de la cámara de muestras,
- \bullet
- controlar la temperatura a la cual se desarrollarán las medidas de las propiedades de sorción, mediante el control del subsistema de termostatización, compuesto por el sistema de calentamiento y un sensor de temperatura, y del baño térmico que se compone de un sistema de calentamiento, un sensor de temperatura y un sistema de recirculación,
- \bullet
- registra los valores de las variables de interés de los ensayos, es decir, tiempo y masa, así como de las variables ambientales suministradas por el sensor de temperatura y el de humedad relativa en el caso de que el fluido de interacción sea agua,
- \bullet
- componer una matriz de información con la medida de la propiedad a estudiar (la evolución de masa de la muestra), los valores de tiempo, y de las variables ambientales,
- \bullet
- guardar informativamente en un soporte de almacenamiento masivo toda la información generada,
- \bullet
- representar los resultados obtenidos con el fin de ser fácilmente accesibles para el usuario,
- \bullet
- controlar el vaciado de la cámara de muestras una vez concluido el ensayo, utilizando los elementos electrónicos para el control de dispositivos que controlarán los subelementos para el vaciado de la cámara de muestras.
18. Un procedimiento para el estudio de
propiedades de transporte de fluidos en materiales porosos que,
haciendo uso de la instrumentación descrita en las reivindicaciones
1 a 17, se caracteriza por:
- a)
- las interacciones sólido-fluido se desarrollan de forma automática obteniéndose de forma controlada los niveles de fluido de interacción necesarios para cada ensayo por medio de diversos sensores lógicos de nivel y manteniéndose la muestra durante todo el tiempo que dure la experiencia en la posición en la que se genera la interacción que se está midiendo,
- b)
- la detección de la variable a estudiar en las medidas de propiedades de sorción se desarrolla de forma continua y automática durante la realización de las medidas,
- c)
- las interacciones sólido-fluido se desarrollan en una cámara en la que se ha minimizado el intercambio de materia y energía con el exterior, con lo que es posible desarrollar las medidas de propiedades de sorción en condiciones controladas de temperatura y presión de vapor relativa, manteniéndose los valores de ambas variables constantes durante toda la experiencia.
19. Sistema automatizado para el estudio de
propiedades de transporte de fluidos en materiales porosos, según
reivindicación 1, caracterizado porque el control térmico de
todo el sistema se realiza de forma automatizada, pudiéndose
desarrollar medidas a diferentes temperaturas, manteniéndose ésta
constante durante toda la experiencia, por medio del control de la
alimentación de dos sistemas de calentamiento, un sistema de
homogeneización térmica, un sistema de recirculación y el registro y
control de valores suministrados por diversos sensores de
temperatura.
20. Sistema automatizado para el estudio de
propiedades de transporte de fluidos en materiales porosos, según
reivindicación 1, caracterizado porque los niveles del
fluido de interacción adecuados para desarrollar las medidas y el
mantenimiento de los mismos constantes durante toda la experiencia,
se realiza mediante el control de la alimentación de un sistema de
bombeo y una electroválvula controladas por un sistema informático
y por elementos electrónicos de control, todo ello de forma
completamente automatizada.
21. Sistema automatizado para el estudio de
propiedades de transporte de fluidos en materiales porosos, según
reivindicación 1, caracterizado porque los valores de las
variables de interés durante toda la experiencia se obtienen por
medio de un sistema informatizado de control que registra los
valores suministrados por un sistema de pesada, así como los
generados por diversos sensores, cuya señales son adaptadas
mediante componentes electrónicos de adquisición de datos.
22. Sistema automatizado para el estudio de
propiedades de transporte de fluidos en materiales porosos, según
reivindicación 1, caracterizado porque incorpora un conjunto
de soportes para colocar las muestras que permite desarrollar las
medidas de forma eficiente, y que queda suspendido del sistema de
pesada con el fin de evaluar la variación de la masa durante el
proceso objeto de estudio sin interaccionar con él.
23. Sistema automatizado para el estudio de
propiedades de transporte de fluidos en materiales porosos, según
reivindicación 1, caracterizado porque un soporte permite
controlar el paralelismo entre la cara inferior de la muestra y el
nivel de líquido con el que se realiza la experiencia por medio de
un sistema de regulación en tres ejes.
24. Uso del sistema automatizado para el estudio
de propiedades de transporte de fluidos en materiales porosos,
descrito en las reivindicaciones 1 a 17 para desarrollar medidas de
permeabilidad al vapor.
25. Uso del sistema automatizado para el estudio
de propiedades de transporte de fluidos en materiales porosos,
descrito en las reivindicaciones 1 a 17 para desarrollar la medida
de absorción por capilaridad.
26. Uso del sistema automatizado para el estudio
de propiedades de transporte de fluidos en materiales porosos,
descrito en las reivindicaciones 1 a 17 para desarrollar la medida
de permeabilidad a líquidos.
27. Uso del sistema automatizado para el estudio
de propiedades de transporte de fluidos en materiales porosos,
descrito en las reivindicaciones 1 a 17 para desarrollar la medida
de sorción de vapor.
28. Uso del sistema automatizado para el estudio
de propiedades de transporte de fluidos en materiales porosos,
descrito en las reivindicaciones 1 a 17 para desarrollar la medida
de absorción por inmersión total.
29. Uso del sistema automatizado para el estudio
de propiedades de transporte de fluidos en materiales porosos,
descrito en las reivindicaciones 1 a 17 para desarrollar la medida
de desorción.
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| ES200403049A ES2259898B1 (es) | 2004-12-22 | 2004-12-22 | Sistema automatizado y procedimiento para el estudio de propiedades de transporte de fluidos en materiales porosos. |
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| ES200403049A ES2259898B1 (es) | 2004-12-22 | 2004-12-22 | Sistema automatizado y procedimiento para el estudio de propiedades de transporte de fluidos en materiales porosos. |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200403049A Active ES2259898B1 (es) | 2004-12-22 | 2004-12-22 | Sistema automatizado y procedimiento para el estudio de propiedades de transporte de fluidos en materiales porosos. |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2259898B1 (es) |
| WO (1) | WO2006070032A1 (es) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996027125A1 (en) * | 1995-03-01 | 1996-09-06 | Ensio Laine | Method and device for the investigation of the humidity-related behaviour of powders |
| ES2123413B1 (es) * | 1996-02-09 | 1999-09-16 | Univ Cadiz | Un procedimiento para el estudio de procesos de sorcion en materiales solidos de naturaleza porosa y un aparato para su realizacion. |
| ES2129374B1 (es) * | 1997-11-10 | 2000-01-01 | Univ Cadiz | Procedimiento automatizado para el estudio de procesos de interaccion solido-agua y un aparato para su realizacion. |
| US20020162387A1 (en) * | 2001-03-23 | 2002-11-07 | Paul Lavallee | Testing process and apparatus for determining absorption properties of porous specimen |
-
2004
- 2004-12-22 ES ES200403049A patent/ES2259898B1/es active Active
-
2005
- 2005-12-22 WO PCT/ES2005/000698 patent/WO2006070032A1/es active Application Filing
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO1996027125A1 (en) * | 1995-03-01 | 1996-09-06 | Ensio Laine | Method and device for the investigation of the humidity-related behaviour of powders |
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| US20020162387A1 (en) * | 2001-03-23 | 2002-11-07 | Paul Lavallee | Testing process and apparatus for determining absorption properties of porous specimen |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2006070032A1 (es) | 2006-07-06 |
| ES2259898B1 (es) | 2007-06-01 |
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| EC2A | Search report published |
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