A magnetic suspension system for measuring liquid density

Desarrollo de un sistema de suspensión magnética para la determinación de densidad de líquidos

La densidad es una magnitud derivada de las magnitudes de base masa y longitud, está definida como masa por unidad de volumen y su unidad en el Sistema Internacional de Unidades (SI) es el kg/m3. En las últimas cinco décadas, en el ámbito de la metrología primaria, se han desarrollado sistemas de suspensión magnética para la determinación de densidad de fluidos, lo que ha permitido realizar investigaciones sobre las características físicas de líquidos y gases. El presente trabajo tiene como objetivo el desarrollo y diseño de un sistema de suspensión magnética que será utilizado en una balanza de suspensión magnética para determinar la densidad de líquidos en los laboratorios de metrología de densidad, en el Centro Nacional de Metrología (Cenam).

Introducción

El sistema de suspensión magnética ha sido estudiado y desarrollado por autores como Hurley, Ziehlmann y Mizuno. El factor común de sus trabajos es que han seguido un tipo de sistema básico compuesto por un electroimán, un cuerpo ferromagnético, un sistema de detección de posición y un control de bucle cerrado, como se muestra en la figura 1 (Hurley, 1997; Ziehlmann, 2000).

Una variante del sistema anterior puede obtenerse colocando un imán permanente que interactúe con el electroimán; la fuerza que necesita el electroimán para hacer levitar un objeto se reduce así, no siendo necesariamente ferromagnética [Kleinrahm, 1986]. Esta variante minimiza el consumo de energía del electroimán, lo que se refleja en el calor así generado y, por tanto, en una baja variación de su corriente. Esta última configuración del sistema se utiliza ampliamente en el campo de la metrología de la densidad.

Hay muchas formas de utilizar la levitación magnética en diferentes tipos de sistemas de medición; otra configuración propuesta para la metrología de la densidad tiene dos imanes permanentes y tubos capilares, y la densidad de la muestra se obtiene en función de la altura del objeto levitado (Mirica K. A., 2009).

Este artículo presenta un diseño y un análisis de estabilidad de un sistema de levitación magnética que formará parte de un sistema completo de medición de la densidad de líquidos. La estabilidad en cuanto a la medición de la masa es muy importante, no variando más de 1 mg, ya que la desviación estándar de las mediciones representa la segunda mayor contribución al presupuesto de incertidumbre de la densidad del líquido (Becerra L, 1998), es decir, en el sistema propuesto, determinado por la estabilidad de la posición del objeto levitado.