Hallar la conductividad térmica de los gases

Todos los gases tienen su propia conductividad térmica. Esta conductividad se puede medir y usar como una forma de ayudarlo a comprender qué tan bien se mueve el calor a través de ella, lo que luego se puede usar para determinar un tipo de gas.

Las soluciones para medir la conductividad térmica de los gases son las más utilizadas por las empresas de gases industriales, las empresas de tratamiento térmico de metales y los fabricantes de hornos, que necesitan analizar el gas con frecuencia y precisión, aunque también pueden ser útiles en una variedad de otros procesos de fabricación y prueba. .

¿Qué es la conductividad térmica?

La conductividad térmica es el proceso por el cual las sustancias conducen el calor. Esto es similar para sólidos, líquidos y gases, aunque para líquidos y gases, la transferencia de calor es menos eficiente que en los sólidos, debido a que el espacio intermolecular es mucho mayor y la ubicación de las moléculas es más aleatoria.

La difusión de moléculas de un nivel de energía más alto a un nivel más bajo es lo que causa la conductividad térmica en los gases.

¿Cómo se mide la conductividad térmica de los gases?

La conductividad térmica se mide mediante un sensor que emplea cuatro filamentos emparejados que cambian su resistencia en función de la conductividad térmica del gas que pasa por encima.

Los sensores y los filamentos están conectados en una configuración de “puente de piedra de trigo”, como se muestra en la figura 1.

Figura 1. Puente de Wheatstone del detector de conductividad térmica

Cuando las cuatro resistencias son iguales, la VOUT es cero y el puente se considera equilibrado. Durante la puesta a cero, el gas de referencia pasa por todos los filamentos. Las resistencias serán las mismas porque los filamentos están emparejados y el puente está equilibrado. Cuando el gas de muestra pasa por la mitad del puente, el valor VOUT se correlaciona con el contenido del gas de muestra en la referencia.

El detector es un “catarómetro” de cuatro elementos, con dos elementos situados en el gas de referencia y dos elementos en el gas de muestra, como se muestra en la figura 2.

Figura 2. Vista de corte del sensor de conductividad térmica.

Los cuatro elementos están conectados electrónicamente en un circuito de puente y se hace pasar una corriente constante a través del puente para calentarlos. Si cada elemento está rodeado por el mismo gas, la temperatura y, por tanto, la resistencia de cada elemento, será similar y el circuito del puente estará equilibrado.

Figura 3. Esquema eléctrico del sensor de conductividad térmica.

Cuando el gas de muestra se introduce en la corriente de gas de muestra, los dos elementos del catarómetro en la corriente se enfriarán en mayor medida que los dos elementos del gas de referencia. El circuito del puente estará desequilibrado, produciendo una tensión de señal relacionada con la composición del gas de muestra. Esta relación no es lineal. Como resultado, el analizador de gas programable se debe calibrar en cero, intervalo medio y intervalo alto. Y el software linealiza matemáticamente la curva. Para obtener más información o para guardar una referencia, descargue nuestro Conductividad Térmica PDF.

Cómo utilizar la conductividad térmica para identificar un gas

Puede medir el contenido de la muestra de gas de una mezcla de muestra/referencia comparando la conductividad térmica de la mezcla con la de la referencia.

Por ejemplo, el hidrógeno tiene una conductividad térmica que es aproximadamente siete veces mayor que la del nitrógeno, por lo que los pequeños cambios se detectan fácilmente. Todos los demás gases comunes tienen conductividades térmicas similares al nitrógeno, por lo que el método de medición es bastante selectivo.

El helio es el único otro gas con una conductividad térmica comparable a la del hidrógeno. Otros gases que pueden medirse con esta técnica son:

• Dióxido de carbono
• Oxígeno
• Argón
• Metano
• Dióxido de azufre
• Amoníaco

ADVERTENCIA: Tenga en cuenta que muchos sensores no se pueden usar para medir mezclas de gas/aire o gas/oxígeno si son potencialmente inflamables.

Tabla de conductividad térmica de gases.

La siguiente tabla contiene detalles de la conductividad térmica de muchos gases comunes.

Soluciones de análisis de gases

Existen varias herramientas fiables de análisis de gas adecuadas para analizar a fondo el gas, como el Analizador de oxígeno de proceso EC900un analizador electroquímico de oxígeno diseñado para medir con precisión los niveles de oxígeno en la mayoría de los gases y atmósferas industriales, y que puede utilizarse para el tratamiento térmico rápido.

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