ES2391339B1 - Aparato de agitacion y caracterizacion de fluidos - Google Patents

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Abstract

Aparato de agitación y caracterización de fluidos.#Se describe un sistema que permite medir parámetros de un líquido mientras éste es agitado. La invención consiste en un sistema conjunto de agitador magnético y una unidad lectora que se comunica inalámbricamente con los sensores inalámbricos situados junto a la barra magnética agitadora. De esta forma se consigue agitar y controlar los parámetros del líquido con un único aparato y sin usar cableado eléctrico para acceder al interior del recipiente del líquido a medir. Esto permite una total hermeticidad del contenedor, aporta mayor comodidad de uso y reduce el espacio necesario respecto a los sistemas de medición actuales.

Description

APARATO DE AGITACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE FLUIDOS
5
OBJETO DE LA INVENCIÓN
10
La presente invención se refiere al campo de la caracterización de fluidos, más concretamente de líquidos El objeto de la invención consiste en un aparato que permite la agitación y la determinación de características de líquidos.
15 2 o 2 5 3 o
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los sensores inalámbricos están siendo utilizados para monitorización en aplicaciones biomédicas y clínicas. Implementaciones típicas de sensores inalámbricos comerciales son el sistema BravoTM pH Monitoring System, distribuido per Medtronic lnc., que mide el pH estomacal, o el sensor CorTemp™ temperature pill, de HQ lnc, que mide la temperatura del sistema digestivo. Estos sensores incluyen un dispositivo sensible al parámetro a medir, electrónica de amplificación y transmisión, una antena y una pila. Un tipo de sensores inalámbricos que no usa pila son los basados en alimentación y comunicación por acoplamiento inductivo. Estos sensores se pueden dividir entre sensores activos y sensores pasivos. Los sistemas activos, a diferencia de los sensores pasivos, contienen circuitos de acondicionamiento de la señal y de comunicaciones con la unidad lectora. Los sensores pasivos son estructuras capaces de reflejar una parte de la energía que se le transmite a distancia ["A wireless LC chemical sensor based on a high quality factor EIS capacitar". Autores: J. García-Cantón, A. Merlos, A. Baldi. Sensors and Actuators B, Volumen 126, pp. 648 a 654, 22 de Abril de 2008]. Los sistemas de medición inalámbrica constan de dos partes: una parte es el sensor inalámbrico en sí, que
es el dispositivo que se encuentra inmerso en el líquido a medir, y la otra parte
es el aparato lector, que es el dispositivo que interroga al sensor inalámbrico y
adquiere sus datos a distancia.
5
Los sistemas de agitación se utilizan en las situaciones en que es
necesario agitar un líquido de forma constante para mantener sus componentes
repartidos uniformemente por todo su volumen. Uno de los sistemas de agitación
más común es el agitador magnético. Este sistema consta de dos partes: una
pequeña barra magnética, la cual esta normalmente cubierta por una capa de
1 o
plástico (usualmente Teflón), y un magneto-rotatorio (cubierto por una placa que
permite sostener los contenedores de líquidos) a fin de crear un campo
magnético rotatorio. Es muy frecuente que tal aparato tenga resistencias
eléctricas con la finalidad de dotar de calor las soluciones químicas [lntellígence
magnetíc stírrer, Patente CN2142752 (Y)]. Durante la operación de un agitador
15
magnético típico, la barra magnética de agitación es deslizada dentro del
recipiente que contiene el líquido para ser agitado. El contenedor es colocado
encima de la placa en donde el magneto-rotatorio ejerce su influencia sobre la
barra magnética y propicia su rotación mecánica. Los agitadores magnéticos son
preferidos debido a que son más silenciosos y no tienen partes móviles que
2 o
puedan romperse o desgastarse (simplemente la barra de agitación en sí).
Debido a su pequeño tamaño, la barra de agitación es más fácil de limpiar y
esterilizar que otros aparatos de agitación. Además, el sellado hermético del
recipiente es más sencillo, en el caso de necesitarse un sistema cerrado, sea por
regulación ambiental o por tratarse de un proceso en el cual debe haber
2 5
ausencia de polvo, agua u oxigeno. En estos casos, la medida de los
parámetros del líquido resulta muy dificultosa si se pretende realizar mediante
sensores conectados con cables eléctricos, necesitando una apertura del
recipiente por donde acceder al líquido con ellos, y comprometiendo de esta
manera la estanqueidad.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
El aparato objeto de la invención permite realizar la agitación de un fluidoo
líquido, y a su vez interrogar dicho líquido para la obtención de diversos
5
parámetros relacionados con dicho líquido proponiendo una solución que carece
de la desventajas aducidas en el apartado anterior, ya quepermite medir los
parámetros del líquido sin comprometer la hermeticidad del recipiente.
Este aparato está formado por un sensor inalámbrico y un aparato lector
1 o
que interroga inalámbricamente al sensor. Por lo tanto el aparato de medición
inalámbrica trabaja en conjunto con el aparato de agitación magnética de tal
forma que el sensor inalámbrico se acopla a la barra magnética agitadora y el
aparato lector se integra en el aparato de agitación magnética.
15
Gracias a esta solución, se consigue agitar y determinar los parámetros
del líquido con un único aparato y sin usar cableado eléctrico para acceder al
interior del recipiente del líquido a medir, permitiendo una total hermeticidad del
contenedor, aporta mayor comodidad de uso y reduce el número de aparatos
necesarios.
20
En la misma cápsula que contiene la barra magnética de agitación se
integran uno o varios sensores inalámbricos que pueden medir, por ejemplo, la
temperatura, el pH, la conductividad o la concentración de cualquier especie
química. Esta barra magnética con sensor se mantiene posicionada encima del
2 5
magneto del aparato agitador, girando en el fondo del recipiente, asimismo en el
mismo aparato agitador se encuentran integrados los medios de lectura del
sensor, que puede estar formado por una antena de comunicación y los medios
electrónicos necesarios para gestionar los datos captados.
En el mismo display del aparato agitador se pueden mostrar distintos valores, como pueden ser valores de los parámetros medidos o medias de los mismos.
5
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
1 o
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
15 20
Figura 1.-Muestra un esquema del aparato. Figura 2.-Muestra un modelo tridimensional de un tipo de sensor inalámbrico. Figura 3.-Muestra un modelo tridimensional del aparato. Figura 4.-Muestra una gráfica de la fase de la bobina lectora para diferentes valores de permitividad del fluido. Figura 5.-Muestra una gráfica donde se aprecia la relación entre el mínimo de la valle correspondiente a la frecuencia de resonancia del sensor REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
25 3 o
A la vista de las figuras se describe a continuación un modo de realización preferente del aparato (1) objeto de esta invención. Como ejemplo de realización se realiza el acoplamiento a una barra magnética (6) agitadora con un elemento de captación de datos, para ello se ha escogido un sensor (4) inalámbrico pasivo de permitividad eléctrica sumergido en un recipiente (2) que alberga un líquido (3) a determinar. El sensor (4) pasivo dispone de un inductor (11) cuya capacidad eléctrica es sensible a la permitividad, formando un resonador pasivo cuya frecuencia de resonancia varía en función de la permitividad. Al variar la permitividad del fluido (3), varía la
capacidad eléctrica del inductor (11) y con esto varía la frecuencia de resonancia
del sensor (4). Se mide este cambio de frecuencia de resonancia provocado por
el cambio en la permitividad del fluido (3) mediante unos medios de lectura (7)
que interrogan al sensor (4) inalámbrico de inducción magnética pasivo. Dado el
5
acoplamiento inductivo entre el inductor (11) del sensor (4) y una bobina lectora
de los medios de lectura (7), se produce una variación en la impedancia de la
bobina lectora por el cambio de la frecuencia de resonancia del sensor (4). La
medición de esta variación con un analizador de impedancias da a conocer el
valor de permitividad de forma inalámbrica.
10
El sensor (4) inalámbrico de permitividad de este ejemplo consta del
inductor (11) configurado por 15 espiras y formado por cable eléctrico cubierto de
PVC aislante. La inductancia obtenida junto a la capacidad resultante entre las
espiras del inductor (11) forma un resonador pasivo tipo LC. Este inductor (11)
15
se ha enrollado a una cápsula (5) en el interior de la cual se encuentra una barra
(6) magnética con una envoltura de teflón de planta cilíndrica de 2,5 cm de
diámetro adquirido a la empresa SELECTA, tal y como se muestra en la figura 2.
La cara externa de las espiras está expuesta al fluido (3), por lo que la capacidad
que hay entre espiras está influenciada por la permitividad del fluido (3). La
2 o
variación de esta capacidad es directamente proporcional a la variación de
permitividad. La inductancia (L) obtenida es constante y de valor 13 ~H. La
frecuencia de resonancia (fr) del sensor (4) variará según la relación siguiente:
fr= 1 /(2*n*v'(L *C)).
2 5
La bobina lectora y el analizador de impedancias se pueden integrar en
un magneto-agitador (8) del aparato (1) de agitación magnética que mediante un
motor (1 O) controlado por una unidad electrónica (1 O)hace mover la barra
magnética (6) por inducción. En la figura 3 se muestra un modelo de la barra
magnética (6) con el sensor (4) inalámbrico en el exterior de la cápsula (5)
3 o
utilizándose junto al magneto-agitador (8) y los medios de lectura (7). Pero para
hacer una primera comprobación del funcionamiento del aparato (1 ), se han
usado una bobina lectora y un analizador de impedancias externos al magneto
agitador (8). Se ha manufacturado una bobina lectora de 2,5 cm de diámetro y
se ha conectado a un analizador de impedancias de la marca AGILENT modelo
4294ª.
5
Este ejemplo sirve para comprobar que este sensor (4) inalámbrico o
cualquier otro puede medir correctamente durante el proceso de agitación del
fluido (3). Se ha sumergido la barra magnética (6) agitador con el sensor (4)
inalámbrico dentro de un recipiente (2) al que se le ha añadido diferentes
concentraciones de isopropanol, consiguiendo así medir soluciones con
1 o
diferentes permitividades. En el analizador de impedancias se realiza un barrido
en frecuencia para medir la fase de la bobina lectora. Allí donde se encuentra la
frecuencia de resonancia del sensor (4) se observa un valle en la fase de la
bobina lectora. Al cambiar la permitividad del fluido (3), se observa un
desplazamiento en frecuencia de este valle debido al cambio de la frecuencia de
15
resonancia del sensor (4). En la figura 4 se muestra este efecto mediante la
gráfica de la fase de la bobina lectora para diferentes valores de permitividad del
fluido (3), y en la figura 5 se muestra la relación entre el mínimo de la valle
correspondiente a la frecuencia de resonancia del sensor (4) y la permitividad.
2 o
En la siguiente tabla se muestra un resumen de los valores obtenidos
mostrado en un display (12) del aparato (1 ). En ella se muestra el valor de
permitividad eléctrica para las distintas disoluciones de isopropanol y la
correspondiente frecuencia de resonancia del sensor (4) inalámbrico medido con
los medios de lectura (7).
Componentes
100% IPA 80% IPA 60% IPA 40% IPA 20% IPA 0% IPA
0% agua
20% agua 40% agua 60% agua 80% agua 100% agua
Permitividad eléctrica
17 29.4 41.8 54.2 66.6 79
Frecuencia de resonancia (Mhz)
13,98 14,28 14,85 15,61 16,81 18,71

Claims (7)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Aparato (1) de agitación y caracterización de fluidos caracterizado porque comprende:
    5 -un recipiente (2) en el cual se alberga el fluido (3) a determinar y una cápsula (5) que a su vez comprende una barra magnética (6) y al menos un sensor (4) adaptado para obtener datos referidos a características de un fluido (3) con el que se encuentra al menos parcialmente en contacto,
    -
    un magneto-agitador (8) encargado de agitar el fluido (3) al actuar sobre la 10 barra magnética (6) un magneto inducido por un motor (9) que se encuentra conectado a una unidad electrónica (1 0), y
    -
    unos medios de lectura (7) que se encuentran ubicados en el interior del magneto-agitador (8) conectados a la unidad electrónica (1 O) y encargados de establecer comunicación inalámbrica con el sensor (4) y
    15 obtener los datos captados por éste último.
  2. 2. Aparato según reivindicación 1 caracterizado porque el sensor (4) es inalámbrico de acoplamiento inductivo.
    2 o 3. Aparato según reivindicación 1 caracterizado porque los medios de lectura comprenden una antena encargada de establecer un canal de comunicación con el sensor (4) y conectada a una unidad electrónica, encargada ésta última de gestionar datos provenientes de la antena.
    2 5 4. Aparato según reivindicación 2 caracterizado porque el sensor (4) comprende al menos un inductor (11) sensible a los datos referidos a características del fluido (3).
  3. 5. Aparato según reivindicación 3 caracterizado porque los medios de
    30 lectura adicionalmente comprenden unos medios de alimentación adaptados para suplir energía al sensor (4).
  4. 6.
    Aparato según reivindicación 5 caracterizado porque los medios de
    alimentación del sensor consisten en una batería acoplada al mismo.
  5. 7.
    Aparato según reivindicación 5 caracterizado porque los medios de
    5 alimentación consisten en un sistema de alimentación por acoplamiento inductivo.
  6. 8. Aparato según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque adicionalmente comprende un display (12)
    1 o conectado a la unidad electrónica (1 O) encargado de mostrar los información referente a los datos obtenidos por el sensor (4).
  7. 9. Aparato según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores
    caracterizado porque el sensor (4) se encuentra ubicado en la superficie 15 exterior de la cápsula (5).
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