Densidad relativa
La densidad (S.G) es la relación entre la densidad de una sustancia y la de una sustancia de referencia. Para los líquidos y los sólidos, la sustancia de referencia es casi siempre el agua a 4°C, siendo su densidad máxima de 1 g/cm3.
Teniendo en cuenta esto, la densidad de un fluido es la relación entre la densidad de los líquidos y la densidad del agua, como se muestra a continuación:
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S.G - Densidad relativa del fluido a medir Pf - Densidad del fluido a medir (g/cm3) Pw - Densidad del agua (g/cm3) |
Hidrómetro
Un hidrómetro es un dispositivo que puede utilizarse para determinar directamente la S.G. de un fluido requiriendo sólo una pequeña muestra del mismo.
una pequeña muestra del fluido.
Llenando un recipiente cilíndrico con el fluido a ensayar y colocando el hidrómetro en el recipiente de manera que quede suspendido en el fluido, se puede leer la S.G. del fluido en el punto en que la superficie del fluido toca la escala del hidrómetro.
Para obtener una lectura precisa, asegúrese de que el hidrómetro esté completamente suspendido en el fluido, es decir, que no toque las paredes ni el fondo del recipiente, y de que se haya calibrado correctamente. El hidrómetro puede calibrarse utilizando agua como fluido de prueba en condiciones estándar de 4°C y comprobando que la lectura del G.S. es 1.
Cálculo con densidad/peso
A partir de la definición de S.G., si conocemos la densidad del fluido, podemos calcular directamente el S.G. del fluido dividiendo este valor por la densidad del agua en las mismas condiciones. Como la densidad es igual a la masa sobre el volumen, el G.S. también puede calcularse dividiendo la masa del fluido por la masa del agua para un mismo volumen de fluido y de agua.
Combinación de varios líquidos de diferentes densidades
Cuando se mezclan varios líquidos de diferente S.G., el producto es un nuevo líquido con su propio S.G., que es diferente de sus componentes. El G.S. de la mezcla se puede encontrar de la siguiente manera:
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S.Gi – Densidad relativa de las especies i xi – Fracción de masa de la especie i |
Como ejemplo, consideremos dos líquidos, A y B, donde A tiene un S.G. de 1,0 y B tiene un S.G. de 1,5 y se mezclan en una proporción de 2:3 en peso, es decir, el 40% del producto está formado por A y el 60% restante por B
El S.G. del producto puede calcularse como sigue:
Efecto de la mezcla
Es importante conocer el G.S. de los líquidos que se van a mezclar para decidir qué tipo de mezcladora debe utilizarse. Esto se debe a que el G.S. de los líquidos afecta a la potencia necesaria para obtener una mezcla correcta.
En el caso de los fluidos newtonianos, a medida que aumenta el G.S., también aumenta la potencia necesaria para la mezcla. Por lo tanto, si no se tiene en cuenta el S.G a la hora de determinar el tipo de impulsor y la caja de cambios necesarios para la mezcladora, es probable que se subestime la potencia necesaria y, en consecuencia, se dañe la mezcladora.
Mezcla líquido/líquido
En las aplicaciones en las que hay que mezclar dos o más líquidos, la diferencia de G.S. puede ser un factor importante. Incluso si los dos componentes son miscibles, si hay una gran diferencia de G.S., tenderán a dividirse en dos capas separadas. Si un componente tiene un G.S. más bajo que el otro, tenderá a flotar sobre el grueso del fluido y será difícil de integrar en el producto. Si el producto tiene una S.G. más alta, tenderá a hundirse en el fondo y, de nuevo, será difícil de incorporar al líquido a granel.
Cuanto mayor sea la diferencia de S.G. entre dos componentes, mayor será la intensidad de la mezcla necesaria para mezclarla eficazmente. También se puede facilitar la mezcla añadiendo un segundo impulsor cerca del nivel superior del fluido, utilizado para crear intencionadamente un pequeño vórtice. Esto arrastra el componente más ligero de la superficie del fluido hacia la masa principal.
Una idea similar se consigue utilizando una turbina "kicker" de bajo nivel situada en la base del tanque para inyectar el componente más pesado
en el grueso del fluido.
Mezcla sólido/líquido
En las aplicaciones de suspensión sólida, la diferencia de S.G. puede causar problemas aún mayores. Si los sólidos no se disuelven en el fluido, el mezclador debe trabajar constantemente para mantener los sólidos suspendidos en el líquido. Esto puede significar que se requiere una agitación de alta intensidad, con grandes motores y altas velocidades de los impulsores para garantizar la suspensión de los sólidos.
Al igual que en el caso de la mezcla líquido/líquido, la colocación de un segundo impulsor en la parte superior del tanque de mezcla puede ayudar a atraer los componentes más ligeros hacia la masa del fluido, donde el impulsor principal puede dispersarlos en el líquido. Las turbinas kicker de bajo nivel también pueden utilizarse para eliminar los sólidos pesados de la base del tanque, donde son arrastrados más fácilmente hacia el flujo desde el impulsor principal y transportados en un fluido a granel.
Escala de grados Brix (°bx)
Una forma común de medir indirectamente la S.G. de un fluido es utilizar los grados Brix del mismo. Un grado Brix (1°bx) se define como 1 gramo de sacarosa en 100 gramos de solución acuosa. En el caso de los concentrados de zumo de frutas y otros productos edulcorados, es probable que el contenido de azúcar sea facilitado por el fabricante, del que se puede obtener el S.G. del fluido.
Contexto
La escala Brix, que recibe su nombre del científico del siglo XIX Adolf Brix, fue diseñada originalmente para que los cerveceros pudieran determinar el contenido de azúcar de su producto. El cervecero debe medir primero la densidad del producto y, a continuación, utilizando un conjunto de tablas de datos publicadas, encontrar la concentración de sacarosa equivalente expresada en porcentaje en masa. Los datos se recogieron preparando soluciones puras de sacarosa de fuerza conocida y midiendo su densidad y su porcentaje en masa de sacarosa.
Hoy en día, la escala Brix sigue siendo utilizada por industrias como la del azúcar, el vino y los zumos de frutas como medio para comparar
contenido relativo de azúcar.
Conversión entre Brix y Densidad
Para diseñar un mezclador, nos gustaría volver a convertir el valor Brix en S.G., lo que puede hacerse con las tablas de asignación originales
o con la fórmula siguiente:
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Conversión de Brix (°bx) a densidad (S.G): |
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Conversión de la densidad (S.G) a Brix (°bx): |
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Tenga en cuenta que se trata de relaciones empíricas y que no deben utilizarse para valores superiores a 40° bx o 1,18 S.G.
Gráfico de grados Brix frente a la densidad |
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| Gravedad específica |  |
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| Grados Brix |
Contenido en grados Brix frente a contenido en azúcar |
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| Contenido de azúcar | (g/l) |  | |
|---|---|---|---|
| Grados Brix |