ES2683618T3 - Sistema para evaluar la concentración de cloruro y el correspondiente método y sensor - Google Patents

Abstract

Método para evaluar la concentración de iones cloruro en un área predeterminada de un material poroso o compuesto tal como hormigón, usando un sensor incrustado en el área predeterminada, comprendiendo dicho sensor dos electrodos planos enfrentados o coplanares, denominados primeros electrodos, una capa intermedia dispuesta entre dichos dos primeros electrodos, estando dicha capa intermedia en contacto con el material del área predeterminada y que comprende aluminatos de calcio, comprendiendo dicho método las etapas de: - medir (S1; S'1) un valor de capacitancia o un valor de impedancia de la capa intermedia aplicando una corriente alterna entre los electrodos; y - calcular (S2,S3; S'2) una evaluación de la concentración de iones cloruro en el área predeterminada en función del valor de impedancia o el valor de capacitancia medido.

Description

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Aleat.

[Cl-] (% en peso de Cl-/peso de la solución total)

C12

0,141 0,20

C8

0,290 0,07

C6

0,305 0,05

C15

0,337 0,50

C17

0,439 1,50

C1

0,501 0,00

C18

0,525 2,00

C13

0,548 0,30

Aleat.

[Cl-] (% en peso de Cl-/peso de la solución total)

C14

0,551 0,40

C19

0,582 2,50

C16

0,584 1,00

C4

0,603 0,03

C2

0,671 0,01

C3

0,727 0,02

C5

0,730 0,04

C0

0,739 NCA

C20

0,766 3,00

C11

0,819 0,10

C21

0,941 6,00

La figura 13 muestra el comportamiento de la impedancia y el ángulo de fase de un sensor con una capa CA expuesta a 0,50 % en peso de Cl-/peso de la solución total, tomándose estos valores de medición entre electrodos coplanares. En el minuto 0, la capa CA estaba seca, y su ángulo de fase muestra su carácter capacitivo (≈90°). Sin

5 embargo, cuando la solución interactúa con la capa de CA, su fase de ángulo cambia hasta que alcanza -5°. Esto significa que el aluminato de calcio ya no es un condensador puro, sino también una resistencia eléctrica.

Por otro lado, la magnitud de la impedancia muestra que su impedancia disminuye desde 108 a 103 Ω en orden de magnitud cuando la solución de cloruro reacciona con el aluminato. Estos resultados coinciden con los resultados

10 del estudio divulgado en “Study of the dielectric properties in the NaNbO3-KNbO3-In2O3 system using CA impedance spectroscopy”, E. Atamanik y V. Thangadurai, 2009, Materials Research Bulletin 44 (4): 931 -936. En este estudio, se analiza el comportamiento de la capacitancia y la impedancia de diferentes materiales cerámicos. Al final, la permitividad dieléctrica se define mediante las siguientes ecuaciones:

15

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20 en las que

 ε' y ε" son partes reales e imaginarias de la permitividad dieléctrica;  Z, Z' y Z" son la magnitud, las partes reales e imaginaria de la impedancia;

25  S es el área expuesta al aluminato cálcico de los electrodos,  d es la distancia entre los electrodos,  f es la frecuencia, y  ε0 es la constante dieléctrica del vacío (8,8542 x 10-12 C2/Nm2)

30 Como demuestran las ecuaciones (3) y (4), la permitividad dieléctrica está inversamente relacionada con la impedancia, que es coherente con los resultados previos.

10 5

15

25

35

45

55

65

Por el contrario, los condensadores de placas paralelas (entre los electrodos enfrentados) de la misma cámara (el mismo orificio 12 lleno con la capa CA) muestran resultados diferentes ilustrados por las figuras 15 a 18.

La figura 15 y la figura 16 representan diagramas de Bode del valor de la impedancia |Z| y el ángulo de fase de un primer par de electrodos enfrentados separados por una capa CA expuesta al 0,50 % en peso de Cl-/peso de la solución total (primer condensador paralelo). La figura 17 y la figura 18 representan los mismos diagramas para un segundo par de electrodos enfrentados separados por la misma capa CA expuesta a 0,50 % en peso de Cl-/peso de la solución total (segundo condensador paralelo).

Incluso cuando ambos condensadores paralelos tienen los mismos cambios que el condensador coplanar (comportamiento resistivo para el condensador coplanar y comportamiento capacitivo para los condensadores paralelos), al final del experimento, los condensadores paralelos no alcanzan un comportamiento resistivo casi perfecto como el aluminato en el condensador de placa coplanar (ver figura 16 y figura 18). Además, la magnitud de la impedancia cambia con el tiempo en uno de los condensadores, mientras que en el otro la impedancia alcanza un estado estable durante el experimento (Figura 15 y Figura 17). Esta diferencia podría explicarse por las diferencias en el proceso de difusión.

Esta es la razón por la que en esta realización con medición de la impedancia, la impedancia se mide preferiblemente entre electrodos coplanares.

Los resultados preliminares muestran que la diferencia de impedancia (ΔZ) entre la capa CA seca inicial (Z0) y la capa CA expuesta a soluciones (0,5, 1,5 y 6,0 % en peso de Cl-/peso de solución total) alcanzan un estado estable después de 15 kHz como se ilustra en la figura 19 para electrodos coplanares. ΔZ se calcula de la siguiente manera:

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Además, hay algunos intervalos donde la señal de respuesta muestra un ruido considerable: 37,6-52 kHz y 65,180,9 kHz. Estos intervalos se deben evitar para medir las impedancias. En consecuencia, las mediciones se realizan ventajosamente en los siguientes intervalos:

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Además, con respecto a la respuesta temporal, podemos observar que no hay una diferencia significativa entre la diferencia de impedancia final a los 90 min (t13) y la primera diferencia de impedancia a los 2 min (t1) como se ilustra en las figuras 20 a 25. La figura 20 representa la diferencia de impedancia ΔZ frente a la frecuencia en el intervalo de frecuencia [16 kHz; 37,5 kHz] para C15t1, C15t13, C17t1, C17t13, C21t1, C21t13, y la figura 21 representa el valor de la diferencia de impedancia promedio en el tiempo t1 a t13 para C15, C17 y C21. Las figuras 22-23 y las figuras 24-25 representan los mismos diagramas para los intervalos de frecuencia [52 kHz; 65 kHz] y [81 kHz; 99 kHz], respectivamente.

Estas curvas (Figuras 20 a 25) muestran que los intervalos de frecuencia varían [16 kHz; 37,5 kHz], [52 kHz; 65 kHz] y [81 kHz; 99 kHz] son los más apropiados para la corriente alterna cuando se mide la impedancia entre electrodos coplanares. La concentración de cloruro se puede evaluar a partir de la impedancia medición entre los electrodos coplanares en estos intervalos de frecuencia de la corriente alterna.

Las principales ventajas de los métodos y sistemas descritos anteriormente son:

 el sensor es químicamente estable (alcalinidad dentro del hormigón),  el sensor puede soportar temperaturas y tensiones mecánicas,  el sensor no necesita protección adicional, ya que la carcasa puede aislar el material interno del entorno

corrosivo,  el sensor se puede colocar en cualquier lugar, cerca de una esquina,  las mediciones no se ven afectadas por la presencia de campos eléctricos,  su construcción es barata.

Por supuesto, no es necesario que el sensor de cloruro 1 comprenda ambos electrodos enfrentados y electrodos coplanares para una misma cámara llena de aluminato cálcico. Si se utiliza el método basado en la medición de capacitancia, es suficiente un sensor con solo electrodos enfrentados en ambos lados de la cámara. Si se utiliza el método basado en la medición de la impedancia, es suficiente un sensor con solo electrodos enfrentados en ambos lados de la cámara o electrodos coplanares en un lado de la cámara.

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Claims (1)

1. imagen1

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