Tema: Proyecto densimetro digital

Habría que preguntarse... cuál es el propósito de conocer la densidad exacta vaso por vaso de una bancada de baterías.
Supongo que la respuesta será... compensar desequilibrios entre vasos... y la solución a esos desequilibrios? Cual sería? Iniciar una cargs de ecualización? Hacer que el vaso con más densidad cargue al vaso con menos densidad, conectandolos en paralelo?... es que no sé, no acabo de ver un fin útil en conocer la densidad vaso por vaso y que un arduino la lea... para equilibrar vasos se puede emplear el votaje de cada vaso... y es algo mucho más sencillo.

Iniciado por skolly

... cuál es el propósito de conocer la densidad exacta vaso por vaso ... para equilibrar vasos se puede emplear el votaje de cada vaso ...

Para saber el SOC, yo mido la densidad del electrolito en los vasos. Claro que también controlo la tensión, pero no me fío mucho de ella.
Siempre nos dicen que hay que ecualizar, cuando la diferencia de densidad entre vasos supera cierto valor. Y que finalicemos la ecualización, cuando la densidad ya no cambia.
Yo pienso que poder controlar la densidad de los vasos de forma permanente -además de la tensión, claro- sería cosa buena.

Este es mi cuadro de control (analógico!) de la tensión de mis 8 Trojan T105 . . . . . .

En absorción a 59.0V, por ejemplo, las dos monoblock en azul de arriba izquierda muestran una tensión ligeramente menor (7.10V) que las otras (7.40V a 7.50V); pero midiendo la densidad, están perfectas. Evidentemente, esas dos monoblock (mejor dicho: algunas de sus celdas) tienen la resistencia interna ligeramente menor que las otras.
Por eso me gustaría poder controlar las densidades de una forma permanente.

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Para los perfeccionistas:
La foto es antigua! Hace 2 semanas eliminé una de las celdas, para tener solo 23 celdas / vasos, que es lo que quiere mi híbrido
En una foto actual, el penúltimo valor en rojo de abajo derecha marcaría 4.53V, en vez de 6.79V

A mi me parece muy interesante ver la densidad, porque no se me ocurre otra forma mejor de saber el estado de carga. Además, en principio, viendo como sube o baja una bolita de vidrio, podría ser suficiente, no?

Iniciado por Gabriel 2015

... viendo como sube o baja una bolita de vidrio, podría ser suficiente, no?

Si, para un control visual, bastaría sustituir los tapones por flotadores calibrados. Pero claro, un sensor digital tendría ventajas.

Sí, yo me refería a sensorizar el movimiento de la bolita, aunque creo que lo mejor sería utilizar un sensor de presión y transducirlo a densidad.

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http://es.rs-online.com/web/p/sensores-de-presion/7191011/ algo así, se deja una toma al aire y otra con una goma rígida al electrolito

Iniciado por Gabriel 2015

... lo mejor sería utilizar un sensor de presión y transducirlo a densidad ... se deja una toma al aire y otra con una goma rígida al electrolito

Tienes unas ideas fascinantes! Pero no entiendo la función. El sensor mide la presión que ejerce un fluído, en relación a la presión atmosférica. Hasta allí lo entiendo. También entiendo que el manguito debe ser rígido.
Lo que no entiendo, es la transducción a la densidad. Estoy de acuerdo, que cuando aumenta el SOC, aumenta la densidad y también el volumen del electrolito. El sensor de presión registraría el aumento de volumen - perfecto.
El problema que veo: El volumen del electrolito tambíen varía mucho con el burbujeo. Cuando se disocia el agua en (2*H2 + 1*O2), se reduce el volumen (por eso hay que rellenar con agua periódicamente).
Además, como los vasos de batería no son estancos, la variación de volumen del electrolito no producirá variación de presión.

Pregunto: Cómo funciona el sensor de presión en estas condiciones ?

No, no me he explicado. Tu metes una cánula de vidrio o similar, con un mini-flotador a una altura de 10 cm. Introduces la cánula en el sensor, que hay que colocar a una altura de unos 100 mm con respecto al nivel superior del electrolito o flotador.
Como la presión en la base de la canula es densidadxgravedadxaltura, la altura no varía, lo que varía es la densidad. Al variar la densidad, el electrolito empuja el aire, que inicialmente está a la presión atmosférica. Como el sensor es diferencial, hace la resta de la presión en la base de la cánula y la atmosférica, no te afectan los cambios de presión. He utilizado esos sensores para medir caudales en tuberías de 5 o 6 pulgadas, por efecto Venturi, metiendo un estrechamiento, y la verdad es que van muy bien.

Iniciado por Gabriel 2015

Como la presión en la base de la canula es densidadxgravedadxaltura ...

Genial! Creo que en base a este concepto se podría construir fácilmente un densímetro digital.
Para empezar, bastaría en un solo vaso de batería ...

MPXV7002DP | Sensor de Presión Diferencial para Airee, -2 → 2kPa, 4,75 → 5,25 V dc | Freescale

Con este no haría falta amplificador. Da una salida de 0 a 5 V en función de la presión, en una escala de 0 a 2000 Pa, que en mm de agua serían 200 mm. Es decir, si introducimos la cánula 100 mm, para una densidad de 1,05, la presión diferencial sería de 105 mm, por ejemplo. Si la densidad aumenta a 1,35, la presión diferencial sería de 135 mm. En el primer caso, la tensión sería de 3,81 V y en el segundo caso, densidad de 1,35, 4,18 V. Si tenemos 10 bits de resolución, por ejemplo, parece más que suficiente.

Iniciado por Gabriel 2015

no haría falta amplificador ... para una densidad de 1,05, la presión diferencial sería de 105 mm, por ejemplo. Si la densidad aumenta a 1,35, la presión diferencial sería de 135 mm ... Si tenemos 10 bits de resolución, por ejemplo, parece más que suficiente.

Muy completo tu concepto, Gabriel. Enhorabuena!
Lo que nos interesa es la densidad entre 1.15 g/ml y 1.27 g/ml - eso parece funcionar bien con tu invento ...

Y la temperatura del electrolito le afectaría?

Iniciado por Gabriel 2015

No, no me he explicado. Tu metes una cánula de vidrio o similar, con un mini-flotador a una altura de 10 cm. Introduces la cánula en el sensor, que hay que colocar a una altura de unos 100 mm con respecto al nivel superior del electrolito o flotador.
Como la presión en la base de la canula es densidadxgravedadxaltura, la altura no varía, lo que varía es la densidad. Al variar la densidad, el electrolito empuja el aire, que inicialmente está a la presión atmosférica. Como el sensor es diferencial, hace la resta de la presión en la base de la cánula y la atmosférica, no te afectan los cambios de presión. He utilizado esos sensores para medir caudales en tuberías de 5 o 6 pulgadas, por efecto Venturi, metiendo un estrechamiento, y la verdad es que van muy bien.

El unico inconveniente es que hay que estar renovando el liquido que está dentro de la canula para "actualizar" la verdadera densidad pues si no se renuva tendrá siempre la densidad del momento del llenado.

Iniciado por Gabriel 2015

Como la presión en la base de la canula es densidadxgravedadxaltura, la altura no varía, lo que varía es la densidad ...

Iniciado por skolly

Y la temperatura del electrolito le afectaría?

Con la pregunta de skolly me surge una duda:
El nivel (la altura) del electrolito varía según SOC, temperatura y cantidad de gases producidos respectivamente agua añadida. Si entiendo bien, todos estos factores influirían en la altura y, como consecuencia, en la presión/densidad medida - a no ser que la cánula flotara en el electrolito como si fuera un barco.

Es esta la idea - cánula flotante ?


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Iniciado por solflitos

El unico inconveniente es que hay que estar renovando el liquido que está dentro de la canula para "actualizar" la verdadera densidad ...

En un principio se "actualizaría" la densidad dentro de la cánula debido a la presión osmótica - pero posiblemente llegar al equilibrio osmótico sea un proceso demasiado lento.

Iniciado por el_cobarde

Con la pregunta de skolly me surge una duda:
El nivel (la altura) del electrolito varía según SOC, temperatura y cantidad de gases producidos respectivamente agua añadida. Si entiendo bien, todos estos factores influirían en la altura y, como consecuencia, en la presión/densidad medida - a no ser que la cánula flotara en el electrolito como si fuera un barco.

Es esta la idea - cánula flotante ?


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En un principio se "actualizaría" la densidad dentro de la cánula debido a la presión osmótica - pero posiblemente llegar al equilibrio osmótico sea un proceso demasiado lento.

No, no es por ósmosis ni capilaridad. El fluido sube por diferencia de presiones en un proceso muy rápido.

He estado pensando sobre el concepto y creo haberlo entendido.
Me parece que no sirve para medir la presión / densidad del electrolito en una batería de plomo-ácido abierto: Cuando la batería está en absorción o ecualización, el electrolito burbujea. Si entra una burbuja en la cánula (será inevitable), se descalibra totalmente el sistema.

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Iniciado por Gabriel 2015

No, no es por ósmosis ni capilaridad. El fluido sube por diferencia de presiones en un proceso muy rápido.

La duda no se refería a la fuerza que hace subir al electrolito en la cánula, sino a la posible diferencia de densidad del electrolito en la cánula y en el vaso de batería - y como se equilibra esta diferencia de densidad.

Iniciado por el_cobarde

He estado pensando sobre el concepto y creo haberlo entendido.
Me parece que no sirve para medir la presión / densidad del electrolito en una batería de plomo-ácido abierto: Cuando la batería está en absorción o ecualización, el electrolito burbujea. Si entra una burbuja en la cánula, se descalibra totalmente el sistema.

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La duda no se refería a la subida del electrolito en la cánula, sino a la posible diferencia de densidad del electrolito en la cánula y en el vaso de batería.

Si la densidad es homogénea en la celda, cosa que será, ascenderá fluido, independientemente de la posible diferencia de densidades, hasta que la columna de líquido ejerza la misma presión en la base de la cánula que el fluido que rodea la cánula a 10 cm de profundidad. No se si me he explicado, la cánula está abierta por la parte inferior. Es algo así como el experimento de Torricelli.

Iniciado por Gabriel 2015

Si la densidad es homogénea en la celda, cosa que será, ascenderá fluido, independientemente de la posible diferencia de densidades, hasta que la columna de líquido ejerza la misma presión en la base de la cánula que el fluido que rodea la cánula a 10 cm de profundidad.

En eso tienes toda la razón, Gabriel.

El problema grave que veo: Si entra una burbuja en la cánula (que está abierta por la parte inferior) y sale al volumen geseoso de la cánula, cambia radicalmente la presión y el sistema marcará mal.
Tarde o temprano entrará una burbuja en la cánula, inevitablemente.

A ver, si entra una burbuja, lo mismo da. El único problema que podría tener es que el ácido se vaporizase y llegase a la parte superior de la cánula, donde está el sensor, pese a que lo que se encontraría sería con un pequeño dado de silicona, que creo que no ataca el ácido.
No obstante, en los cuatro caudalímetros que he preparado, lo que he hecho es hacer un "looping" a la goma transparente, de ese modo, cuando se ve que tiene agua,(ácido en el caso de una batería) pues se desconecta la goma del sensor y se le mete un jeringazo de aire. En el caso de la batería, habría que sacar la cánula y meter el jeringazo, poner el sensor y meter la cánula. Lo que no influye es que haya gotas de agua, o ácido, intercaladas, puesto que lo que se transmite es presión desde la base.

No soy muy aficionado a las baterías, pero ya que tengo sensores, voy a hacer uno a ver qué tal.

Iniciado por Gabriel 2015

A ver, si entra una burbuja, lo mismo da.

No entiendo, lo que dices! La burbuja de gas se forma y existe en el líquido, porque está a una presión superior a la del líquido que la rodea. Cuando sale del líquido y entra en el volumen gaseoso, la presión en éste aumenta - el sensor marcará mal !

Conclusión: En un liquido sin burbujas, el sensor funcionará - con burbujas, no funcionará ...

Iniciado por Gabriel 2015

No soy muy aficionado a las baterías, pero ya que tengo sensores, voy a hacer uno a ver qué tal.

Muy loable! La práctica vale más que la teoría.
Pero, por favor, comenta el problema de la burbuja - posiblemente te ahorras el trabajo de construir un sensor de estos.


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Otro problemita:
Posiblemente en un vaso alto tengamos esos 10cm de electrolito para sumergir la cánula; pero en una monoblock, como las Trojan T105 que tengo, imposible! Hay muy pocos cm desde las placas de plomo hasta el nivel máximo de electrolito.

Iniciado por el_cobarde

No entiendo, lo que dices! La burbuja de gas se forma y existe en el líquido, porque está a una presión superior a la del líquido que la rodea. Cuando sale del líquido y entra en el volumen gaseoso, la presión en éste aumenta - el sensor marcará mal !

Conclusión: En un liquido sin burbujas, el sensor funcionará - con burbujas, no funcionará ...



Muy loable! La práctica vale más que la teoría.
Pero, por favor, comenta el problema de la burbuja - posiblemente te ahorras el trabajo de construir un sensor de estos.


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Otro problemita:
Posiblemente en un vaso alto tengamos esos 10cm de electrolito para sumergir la cánula; pero en una monoblock, como las Trojan T105 que tengo, imposible! Hay muy pocos cm desde las placas de plomo hasta el nivel máximo de electrolito.

Yo sigo sin verle problema a las burbujas. Si entra en la cánula, aumenta la presión e inmediatamente pasará aire o líquido de nuevo al electrolito. De forma permanente, no puede tener más presión la cánula que la creada por el electrolito en la base de la cánula.

Con respecto a la altura sumergida en el electrolito, con estos sensores y los ADC de 10 bits, con tres o cuatro centímetros bastaría.

Iniciado por Gabriel 2015

Yo sigo sin verle problema a las burbujas. Si entra en la cánula, aumenta la presión e inmediatamente pasará aire o líquido de nuevo al electrolito. De forma permanente, no puede tener más presión la cánula que la creada por el electrolito en la base de la cánula.

Hagamos un poco de física:
- La cánula es un tubo de vidrio abierto en un extremo y cerrado en el otro
- Sumergimos la cánula con el extremo abierto en un líquido hasta una profundidad h1
- El líquido ejercerá una presión p1 en la base de la cánula, correspondiente a la altura h1
- Debido a esta presión, el líquido subirá dentro de la cánula hasta una altura h2 (h2 << h1), porque el aire es compresible
- El gas (aire) dentro de la cánula estará a la presión p2 (p2 < p1). El sensor registrará la presión p2
- La columna de líquido de altura h2 en la cánula ejercerá una presión p3 (p3 < p1) sobre la base de la cánula
- Necesariamente, siempre se cumplirá que p2 + p3 = p1
- Si entra una burbuja en la cánula, la presión en el gas subirá a p4 (p4 > p2), con lo que h2 disminuirá a h3
- La columna de líquido de altura h3 en la cánula ejercerá una presión p5 (p5 < p3) sobre la base de la cánula
- Otra vez será válido que p4 + p5 = p1
Conclusión: Con burbuja, el sensor registrará la presión p4, que será mayor que la presión p2 sin burbuja

Dicho en palabras:
- La presión en la base de la cánula se compone de la presión del gas más la del líquido en la cánula
- Siempre es cierto que esta suma es igual a la presión que ejerce el líquido exterior en la base de la cánula
- Si aumenta la presión del gas, bajará el nivel de líquido dentro de la cánula y viceversa
- El sensor mide la presión del gas dentro de la cánula, la cual es alterada por las burbujas

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Iniciado por Gabriel 2015

Con respecto a la altura sumergida en el electrolito, con estos sensores y los ADC de 10 bits, con tres o cuatro centímetros bastaría.

En las monoblock como la Trojan T105 no tenemos ni estos 3 o 4 cm
Pero en las vasos de batería altos, esta profundidad no sería problema

Gabriel 2015 y yo hemos hablado un poco sobre el tema.
Conclusión: Medir la densidad / el SOC con sensor de presión no funciona!

Gabriel ha hecho unos experimentos (muy loable por su parte!); cuando tenga tiempo, pondrá unas imágenes

Los resultados:
1. Las burbujas que entran en la cánula sí molestan, modifican la presión
2. Para que no puedan entrar burbujas, Gabriel ha doblado la cánula por abajo, en forma de J
3. Dada la poca profundidad de sumersión, hay que aspirar electrolito, para que el sensor marque suficiente presión
4. Aspirando electrolito, el concepto funcionaría también en baterías monoblock, con muy poca profundidad de electrolito
5. Pero no funciona; el sensor no marca bien: Aunque la densidad cambie, la presión sigue prácticamente igual
6. La situación es compleja, porque en la base de la cánula actúa la presión de la columna de líquido y la del gas dentro de la cánula, mientras el sensor mide solo la presión del gas
7. Tenemos varias hipótesis diferentes porque no funciona la idea; las discutiremos en otra ocasión

Iniciado por el_cobarde

Gabriel 2015 y yo hemos hablado un poco sobre el tema.
Conclusión: Medir la densidad / el SOC con sensor de presión no funciona!

Gabriel ha hecho unos experimentos (muy loable por su parte!); cuando tenga tiempo, pondrá unas imágenes

Los resultados:
1. Las burbujas que entran en la cánula sí molestan, modifican la presión
2. Para que no puedan entrar burbujas, Gabriel ha doblado la cánula por abajo, en forma de J
3. Dada la poca profundidad de sumersión, hay que aspirar electrolito, para que el sensor marque suficiente presión
4. Aspirando electrolito, el concepto funcionaría también en baterías monoblock, con muy poca profundidad de electrolito
5. Pero no funciona; el sensor no marca bien: Aunque la densidad cambie, la presión sigue prácticamente igual
6. La situación es compleja, porque en la base de la cánula actúa la presión de la columna de líquido y la del gas dentro de la cánula, mientras el sensor mide solo la presión del gas
7. Tenemos varias hipótesis diferentes porque no funciona la idea; las discutiremos en otra ocasión

Efectivamente, una vez que se aspira el electrolito, la densidad de la parte aspirada no parece cambiar, supongo que es debido a que no se mezcla con el resto del electrolito, al estar aspirado.

Y pensando en otras alternativas, no parece sencillo:

Si pensamos en medir la densidad con una pequeña esfera hueca, viendo lo que cambia el empuje, y por tanto la densidad del fluido, no es fácil porque la esfera que se puede introducir es pequeña y el empuje es de sólo unos gramos fuerza y no existen, que yo sepa, sensores de fuerza que puedan medir gramos con un precio económico.

Si se quiere hacer a través del PH, mal también, porque las sondas son caras y no pueden estar permanentemente sumergidas en el electrolito.
En fin, parece complicado idear algo que funcione a un precio económico, de unos 10 € por vaso.

Iniciado por Gabriel 2015

Efectivamente, una vez que se aspira el electrolito, la densidad de la parte aspirada no parece cambiar, supongo que es debido a que no se mezcla con el resto del electrolito, al estar aspirado.

No creo que el problema sea el no mezclarse el electrolito dentro de la cánula con el resto.
Me explico:
- Al aspirar electrolito en la cánula hasta cierta altura h1, el gas en la cánula estará a una presión inferior a la atmosférica, porque debe aguantar el peso de la columna de líquido
- Pongamos que el electrolito dentro de la cánula aumente en densidad - entonces la columna de líquido pesará más y bajará hasta una altura h2. La presión del gas en la cánula disminuiría
- Pero como la presión en la base de la cánula habrá subido, debido al aumento en densidad del electrolito, esto hará subir la altura de la columna de líquido y la presión del gas dentro de la cánula
- Tenemos dos efectos contrarios que tienden a compensarse, por lo que -aparentemente- apenas cambia la presión que indica el sensor

El esquema del montaje que hice es este:


Creo que las lecturas son erróneas por dos motivos:

1.- La cánula que utilice no es rígida, por lo que la presión atmosférica la deforma, no siendo válidas las mediciones.
2.- La cánula es demasiado estrecha como para que puedan despreciarse los efectos de la tensión superficial.

Conclusión, lo tengo que repetir con una cánula rígida y de más sección. Tengo pensado en utilizar algo parecido a un tubo de ensayo, pero a ver de donde lo saco, porque tiene que estar abierto por los dos extremos...

La lectura que da el sensor(diferencial) es Pa-Pg.